Выбор и обоснование технологического процесса термической обработки

От правильного выбора материала и режимов термической обработки зависят многие технические свойства готовой детали - твердость, износостойкость, контактная выносливость, предел усталости, ударная вязкость и другие механические свойства.

В общем виде технологический процесс изготовления азотируемых изделий может быть представлен в виде следующих последовательных этапов:

1) предварительная термическая обработка с целью сообщения стали требуемого комплекса механических свойств и структуры для механической обработки;

2) термоулучшение;

3) механическая обработка детали, включая шлифование;

4) защита мест, не подлежащих азотированию;

5) азотирование;

6) полировка.

Термическая обработка детали «Шток»

Первое, что необходимо сделать - это отжечь заготовку для получения равновесной структуры. Отжигом называют термообработку, направленную на получение в металлах равновесной структуры. Любой отжиг включает в себя нагрев до определенной температуры, выдержку при этой температуре и последующее медленное охлаждение. Цель отжига - уменьшить внутренние напряжения в металле, уменьшить прочностные свойства и увеличить пластичность. Для доэвтектоидной стали применяю полный отжиг. При таком отжиге происходит полная смена структуры стали, что позволяет устранить все дефекты.

Загружаем детали в печь и нагреваем до температуры 850°С. Полный отжиг производится с нагревом стали до температуры, превышающей точку Ас₃ (= 815°С) на 30…50°С. В нашем случае до температуры 845-865°С. Затем выдерживаем 2-3 часа с последующим медленным охлаждением вместе с печью. Медленное охлаждение вызывает полное равновесное превращение аустенита в феррит + перлит. В результате получается максимально возможная пластичность, минимальная твердость и прочность и полное снятие внутренних напряжений.

После отжига выполняю  закалку с высоким отпуском.

Закалка - это термообработка, направленная на получение в сплаве максимально неравновесной структуры и соответственно аномального уровня свойств. Закалка включает в себя нагрев до заданной температуры, выдержку и последующее быстрое резкое охлаждение.

Закалка «Штока»  производится с нагревом стали до температуры, превышающей точку Ас3 (= 815°С) на 30…50°С. В нашем случае до температуры 845-865°С. Затем следует выдержка при этой температуре: 60-90 мин и охлаждение в воде.

Т.к. сталь 40Х является доэвтектоидной, проводим полную закалку.

Состояние закаленных деталей отличаются очень сильной неравновесностью структуры. Это обусловлено повышенной концентрацией углерода в твердом растворе, высокой плотностью дефектов кристаллического строения, а также внутренними напряжениями, строениями и термическими.

Из-за этого закаленная сталь хотя и обладают высокой прочностью и твердостью, одновременно с этим имеет практически нулевой запас вязкости. Ударные нагрузки могут вызвать быстрое разрушение детали. Кроме того, переход неравновесной структуры закаленной стали в более стабильную может происходить с течением времени самопроизвольно под воздействием окружающей температуры или внешних нагрузок. Поэтому всегда закаливание детали подвергается дополнительной термообработке - отпуску. В данном случае мы проводим высокий отпуск.

Высокий отпуск применяется для деталей, в которых необходимо сочетание высокой ударной вязкости и достаточной прочности - это детали машин, работающие с ударными и знакопеременными нагрузками. При этом образуется сорбит (рис.2). Сорбит представляет собой зёрна феррита с огромным количеством точечных и округлых выделений карбидов, равномерно распределенных по объему стали.

  Рисунок 2 Микроструктура стали 40Х после высокого отпуска (сорбит)

 Поэтому, после закалки стали в воде, загружаем деталь в печь для выполнения операции высокий отпуск. Отпуск производим при температуре  560°С, нагреваем до 560-580°С, делаем выдержку 6-8 час. и охлаждаем на воздухе. Твердость 293-331 НВ.