 |
Скорость охлаждения отливки непрерывно уменьшается во времени и к моменту начала охлаждения затвердевшей отливки становится относительно малой. Толщина ветвей дендритов даже в крупных отливках не превышает нескольких миллиметров. Пребывание в области высоких температур, где коэффициенты диффузии имеют большие значения,
| Рис. 10.1. Распределение углерода по сечению дендритной ячейки (массовое содержание углерода 0,05 %) при охлаждении в твердом состоянии: 1–в конце кристаллизации (Т=1520 0С), 2 – при Т = 1440 0С | Рис.10.2. Распределение углерода по дендритной ячейке: 1–после кристаллизации; 2–после охлаждения |
достаточно продолжительно, поэтому следует предположить, что выравнивание неоднородности по сечению дендритной ячейки, возникшее в процессе затвердевания должно быть существенным.
Изменение дендритной неоднородности на этапе после кристаллизационного охлаждения для первичного охлаждения после затвердевания определяется уравнением диффузии вида:
при 0 < x < R , t > t 3 ; (10.1)
граничные условия: 
, С (х, t3),
где С (х) – расчетное распределение добавки в конце кристаллизации.
Для проведения расчетов учитываются конкретные условия охлаждения в реальном процессе, где предусматриваются переменные значения коэффициента диффузии для ряда химических компонентов [11]. Существенная разница наблюдается при охлаждении при высоких температурах, поскольку при низких температурах коэффициент диффузии значительно уменьшается.
Расчеты показывают [11], что углерод, имеющий высокий коэффициент диффузии, интенсивно перераспределяется при охлаждении отливки (рис.10.2).
Фосфор, сера и медь имеют значительно меньшие коэффициенты диффузии, однако их неоднородность тоже в значительной степени уменьшается.
Фосфор распределен в конце кристаллизации неравномерно во всем объеме и при охлаждении он перераспределен во всем объеме, однако в наибольшей степени это происходит у границы дендритной ветви.
Процессы термообработки
Термическая обработка – операция нагрева и последующего охлаждения с заданной скоростью материала до заданной температуры с определенной скоростью. Скорость нагрева стальных изделий практически не оказывает влияния на процессы, происходящие в структуре стали, поэтому с экономической точки зрения нагрев изделий при термообработке целесообразно производить с наибольшей скоростью. Однако в некоторых случаях скорость нагрева приходится ограничивать в целях предотвращения образования слишком больших внутренних напряжений с возможностью коробления и образования трещин.
Стальные изделия при термообработке можно нагревать путем внешнего обогрева в различных нагревательных средах и за счет внутреннего тепла, развивающегося в самих изделиях, если через них пропускать электрический ток большой мощности или ток высокой частоты.
При нагреве стали за счет внешнего источника тепла различают:
- фактическую скорость нагрева, которую дает определенный нагревательный агрегат;
- технологическую (допустимую) скорость нагрева, которую необходимо дать по технологии в зависимости от марки стали, формы изделий и т.п.
При этом фактическая скорость нагрева стали при одной и той же форме и массе изделий зависит от ряда таких факторов, как: среда нагрева; разница температур нагревательной среды и нагреваемых изделий; способ размещения изделий в печи; величина садки и т.д.
При нагреве стали в различных нагревательных средах передача тепла от источника тепловой энергии к нагреваемым стальным отливкам, осуществляется теплопроводностью, конвекцией и лучеиспусканием.
Скорость нагрева
Технологическая скорость нагрева устанавливается в зависимости от химического состава (марки) стали, твердости и структуры, формы и массы изделий.
Чем сложнее сталь по своему химическому составу и чем больше в ней содержится углерода, различных примесей и добавок, тем она менее теплопроводна и тем медленнее и равномернее требуется нагревать изделия из нее. При разработке технологии нагрева крупных изделий из легированной стали сложного состава скорость нагрева назначают в 2 – 3 раза меньше, чем может дать нагревательный агрегат, чтобы не вызвать больших внутренних напряжений из-за большой разницы температур между поверхностью и сердцевиной изделий. При этом изделия из простой углеродистой стали небольшой толщины (до 100 – 120 мм) обычно нагревают с любой скоростью, которую может обеспечить печь, так как углеродистая сталь обладает большой теплопроводностью.
При нагреве крупных стальных отливок особо опасен интервал температур 250 – 550 0С, когда сталь еще не обладает достаточной пластичностью, поэтому при быстром нагреве в этой области температур в изделиях больших сечений развиваются напряжения, которые могут вызвать внутренние трещины. При нагреве выше 550 0С упругие деформации переходят в пластические, поэтому напряжения резко понижаются и дальнейший быстрый нагрев изделий уже не представляет большой опасности.
Еще один интервал, при котором изделия требуется нагревать медленно – температура перехода через критические точки. При быстром нагреве в этой области температур изделия могут покоробиться вследствие объемных изменений стали при аллотропических превращениях.
Из этих соображений при термообработке крупных отливок, изготовленных из стали с низкой теплопроводностью, рекомендуется ступенчатый нагрев: медленный нагрев до 600 0С и при этой температуре выдержка для выравнивания температуры по сечению, затем ускоренный нагрев до температуры критических точек и перед переходом через критические точки снова выдержка для полного прогрева изделий, после чего нагрев до заданной температуры можно проводить с любой скоростью.
Дата: 2019-04-23, просмотров: 238.
