Термическая обработка сварных соединений и швов

Отжигом называется процесс термической обработки, при котором деталь нагревается до заданной температуры, выдерживается, а затем медленно охлаждается вместе с печью. Различают два вида отжига:

Отжиг I рода, не связанный с фазовой перекристаллизацией;

Отжиг II рода, основанный на фазовой перекристаллизации.

Отжиг I рода. Применяют отжиги: рекристаллизационный, диффузионный и для снятия напряжения.

Рекристаллизационный отжиг служит для устранения наклепа, на-гартовки после пластической деформации и осуществляется для углеродистой стали при температуре 680÷700°С, а для легированных – при 700-730 °С. Время выдержки зависит от размеров изделия.

Диффузионному отжигу в основном подвергаются легированные стали. Температура отжига 1000÷1200°С, выдержка 8÷10ч. Охлаждение до температуры 550÷600°С медленное, затем с любой скоростью. Диффузионный отжиг служит для устранения ликвации.

Отжиг для снятия напряжения проводится при температуре 400÷650°С, время выдержки – из расчета 2,5мин на 1мм толщины сечения детали.

Отжиг II рода. Применяют для полной перекристаллизации металла шва и околошовной зоны сварной конструкции. В зависимости от состава сталей температура отжига колеблется в диапазоне от 760 до 1050 °С.

Нормализация является разновидностью полного отжига и существенно сокращает время термообработки, так как детали охлаждаются на воздухе. При нормализации стали нагреваются до температуры 950÷1000°С. Для низкоуглеродистых сталей вместо отжига рекомендуется нормализация, поскольку у них практически не различаются свойства после отжига и нормализации.

Закалка – обработка, при которой сталь нагревается до температуры 750÷1000°С, выдерживается при ней, а затем резко охлаждается. В ка­честве закалочной среды используют воду, минеральные масла, водный 10%-й раствор NaOH, расплавленные соли, щелочи и др.

После закалки выполняют отпуск, при котором закаленная сталь на­гревается до температуры ниже интервала превращений, выдерживается и охлаждается. Существуют три вида отпуска. Низкий отпуск (нагрев и выдержка при температуре 150÷250°С) применяется для закаленных и химикотермически обработанных сталей, от которых требуется высокая твердость (58÷63HRC) и износостойкость. Конечная структура – отпущенный мартенсит. Средний отпуск (350÷450°С) дает твердость 40÷50HRC с высокой упругостью и достаточной прочностью. Применяется для пружин, рессор и штампов. Высокий отпуск (500÷680°С) дает твердость 30÷40HRC,резко повышается ударная вязкость, поэтому обработку закалка + высокий отпуск называют улучшением. Высокому отпуску подвергают среднеуглеродистые стали, предназначенные для изготовления деталей машин, испытывающих в процессе эксплуатации ударные нагрузки.

Одним из эффективных способов поверхностного упрочнения является химико-термическая обработка, которая представляет собой процесс поверхностного насыщения стали химическими элементами.

К наиболее распространенным методам этого вида обработки относится цементация, азотирование, цианирование и др.

Цементация – процесс насыщения поверхностных слоев сталей, содержащих от менее 0,3 до 0,8÷1,0% С. Глубина насыщения – 0,8÷2,0мм, температура цементации 910÷950°С, время выдержки – 8÷16ч. После цементации стали подвергают закалке и низкому отпуску. Цементируют детали с высокой контактной прочностью: кулачки, зубчатые колеса, пальцы, распределительные валки и др.

Азотирование – процесс насыщения поверхностного слоя изделий азотом, который применяется для среднеуглеродистых сталей, легирующие элементы которых имеют большое сродство к азоту (молибден, хром, алюминий). Цель азотирования - повышение коррозионной стойкости твердости и износостойкости. Азотирование проводится в печах в среде аммиака при температуре 500÷550°С в течение 24÷60ч. Толщина азотированного слоя – 0,1÷0,6мм. Азотируют детали, для которых требуется высокая коррозионная стойкость, высокое сопротивление износу в условиях знакопеременных нагрузок, сохранение поверхностной твердости до 500÷600°С.

Цианирование – процесс одновременного насыщения поверхности стали углеродом и азотом. Оно делится на высокотемпературное (900-950°С в среде природного газа и аммиака 5÷7%) и низкотемпературное (540÷560°С в среде природного газа и аммиака 20÷30%). Газовое цианирование называют нитроцементацией. Жидкостное цианирование осуществляется в расплаве цианистых соединений при температуре 550÷570°С. Цианирование обеспечивает высокую поверхностную твердость, износостойкость, уменьшение коробления в процессе химико-термической обработки.

В табл. 3 приведены основные показатели, позволяющие определить ориентировочный химический состав стали по искрам, которые образуются при ее обработке абразивным инструментом.