Термообработка серого чугуна

Термическая обработка серого чугуна применяется для: а) снятия остаточных внутренних (литейных) напряжений; б) уменьшения твёрдости и улучшения обрабатываемости; в) увеличения твёрдости и улучшения механических свойств; г) повышения износоустойчивости и коррозиестойкости.

Главной причиной наличия остаточных внутренних напряжений в литой детали является различие в температурах её толстых и тонких частей при охлаждении в момент перехода из области пластических в область упругих деформаций. Для чугуна область перехода от пластических к упругим деформациям лежит в интервале 620— 400° С. Чем медленнее охлаждение в этом интервале температур и чем меньше различие в толщинах стенок детали, тем меньше внутренние остаточные напряжения.
Внутренние остаточные напряжения (часто называемые литейными напряжениями) могут превышать предел текучести или предел прочности чугуна и приводить к короблению, трещинам и разрушению детали. Для снятия или уменьшения внутренних напряжений в чугунных деталях применяются два способа: естественное старение и термическая обработка (искусственное старение).
Естественное старение заключается в выдержке деталей на открытом воздухе в течение длительного периода времени — от 6 до 18 мес. Недостатками этого способа являются неполнота снятия напряжений, удлинение производственного цикла изготовления детали, большая задержка в выявлении внутренних дефектов отливки и удорожание производства.
Термическая обработка(искусствеиное старение) является наиболее рациональным методом снятия внутренних напряжений и заключается в низкотемпературном отжиге. Этот отжиг состоит из трёх стадий: нагрева до температуры перехода чугуна в область пластических деформаций, выдержки для выравнивания температуры во всех частях деталей и охлаждения (медленного) до области упругих деформаций.

Уменьшение твёрдости серого чугуна с целью улучшения обрабатываемости и изменения антифрикционных и магнитных свойств достигается в большинстве случаев за счёт разложения цементита эвтектического, вторичного или эвтектоидного.
Основной метод уменьшения твёрдости чугуна заключается в его частичной или даже полной графитизации, при которой цементит (Нв = 800) в конечном итоге распадается на феррит {Нв = 80—100) и графит.

Понижение концентрации связанного углерода за счёт уменьшения количества перлита, также понижение твёрдости за счёт сфероидизации эвтектоидного цементита могут быть достигнуты: а) выдержкой при температурах ниже критической — такой отжиг может быть назван низкотемпературным; б) нагревом выше критической температуры, незначительной выдержкой и медленным охлаждением в интервале критических температур; в) нагревом выше критической температуры, охлаждением до температуры несколько ниже критической и выдержкой при этой температуре (изотермический отжиг).

Нормализация — разновидность высокотемпературного отжига, при котором охлаждение даётся частично или полностью на спокойном воздухе. Обычно преследует цель улучшения механических свойств. Однако нормализации могут подвергаться и отбелённые детали, в которых требуется получение перлитной или сорбитной основной металлической массы. В этом случае нормализация, так же как и отжиг, преследует цель понижения твёрдости и уменьшения количества связанного углерода.

Увеличения твёрдости и улучшения механических свойств
Превращения при закалке и отпуске чугуна в основном аналогичны со сталью. Закалка преследует цель повышения твёрдости, сопротивления истиранию и улучшения механических свойств. В отличие от стали нагрев и выдержка чугуна до температур, лежащих ниже критической, может приводить к уменьшению, твёрдости вследствие распада цементита. При нагреве выше критической температуры в серых чугунах протекает процесс растворения свободного графита в аустените, приводящий к повышению концентрации С_связ.;Нагрев под закалку должен быть выше критической температуры (830—900° С), время выдержки определяется сечением детали и исходной структурой. Как и в случае нормализации чугуна с исходной перлитно-графитовой структурой, выдержка при закалке ¦должна быть достаточной только для прогрева детали до заданной температуры; при исходной перлитно-ферритовои и ферритовои основной металлической массе время выдержки должно быть достаточным для насыщения твёрдого раствора углеродом за счёт свободного графита. В последнем случае практически время выдержки находится в пределах от 0,5 до 3 час. Более длительные выдержки, не приводя к повышению концентрации С_связ не изменяют эффективности закалки.