Влияние термической обработки на структуру и свойства стали 45

В данной статье рассматривается влияние термической обработки, а именно изменение процессов термической обработки, на структуру и механические свойства стали 45. Рассматривается такая задача, как распределение времени использования оборудования на предприятии. Рассматривается влияние операции термической обработки отжига и нормализации на структуру стали 45. В работе представлено время выдержки стали при отжиге и нормализации. При замене отжига на нормализацию механические свойства стали 45, а именно предел выносливости и ударная вязкость должны входить в интервал KCU = 47-49 Дж/см ² , σ _в = 680 - 700 МПа.

Ключевые слова и словосочетания: термическая обработка, время выдержки, отжиг, нормализация.

В наше время на многочисленных предприятиях, на которых используется термическая обработка, зачастую выявляется такая проблема, как «необходимое» оборудование, то есть, оборудование, которое необходимо для загрузки новой партии деталей, но в нём ещё происходит охлаждение деталей прошлой партии. Для разрешения данной проблемы, необходимо рассмотреть некоторые способы термической обработки и заменить существующую на более подходящую по затратам времени без значительного изменения механических свойств заготовок/деталей. При изменении технологического процесса термической обработки стали повысится количество выпускаемой продукции.

Заготовка, которая поступает после операций технологического процесса механической обработки, попадает на операцию термической обработки, где производится отжиг, то есть разупрочняющая операция термической обработки. Отжиг потребляет большое количество времени оборудования, так как после нагрева в печи, происходит охлаждение вместе с печью. Для сокращения затрат времени работы оборудования, принято подобрать подходящие операции термической обработки, которые будут потреблять меньшее количество времени на операции, но без потери в детали необходимых механических свойств. Для примера взята деталь «Болт», изготовленная из стали 45. В технологическом процессе термической обработки данной детали присутствует отжиг. После завершения каждой операции термической обработки на каждом образце необходимо проводить контроль предела выносливости и ударной вязкости.

Для того, чтобы провести соответствующие эксперименты на образцах, необходимо знать определения процессов термической обработки. В целом, термическая обработка является совокупностью операций нагрева, выдержки и охлаждения металлических сплавов [1]. Целью термической обработки является получение заданных свойств из-за изменения внутреннего строения и структуры металлических сплавов [1]. Отжиг представляет собой процесс термической обработки, состоящий в нагреве стали до определенной температуры, выдержке при этой же температуре и последующем медленном охлаждении с целью получения более равновесной структуры [1]. Нормализация - термическая обработка стали, которая заключается в ее нагреве выше верхней критической точки (доэвтектоидные стали нагреваются выше критической точки А ₃ , заэвтектоидные стали нагреваются выше критической точки А _см ), выдержке при этой температуре и последующем охлаждении на спокойном воздухе [1].

В работе рассматривается определенный изменение уже существующего технологического процесса термической обработки конкретной детали «Болт» из стали 45 с введением изменений технологии термической обработки с целью уменьшения потребления времени оборудованием на охлаждение детали.

В таблице 1 представлен технологический процесс термической обработки детали «Болт», изготовленной из стали 45 до введения изменений.

Таблица 1

Технологический процесс термической обработки детали “Болт” из стали 45 до введения изменений

Так как сталь является доэвтектоидной, проводится неполный отжиг. Заготовка представляет собой будущий болт с диаметром 25 мм и нагревается до температуры 750±10 ℃ в течение 15 минут, с последующей выдержкой при температуре 750±10 ℃ в течение 40 минут. Далее заготовка медленно охлаждается вместе в печью с 750 ℃ до 400 ℃ (150 ℃ в час). Следовательно, заготовка занимает печь на 195 минут.

Изучив некоторые аспекты материаловедения, можно сказать, что отжиг и нормализация являются разупрочняющими термическими обработками и могут быть взаимозаменяемыми [2].

Проведя некоторые эксперименты, были получены данные, которые представлены в таблице 2.

Таблица 2

Технологический процесс термической обработки детали «Болт» из стали 45 после введения изменений

При нормализации, заготовка, представляющая собой будущий болт, нагревается при температуре 900 ℃ в течение 15 минут, далее выдерживается при температуре 900 ℃ в течение 40 минут и охлаждается на спокойном воздухе. Следовательно, время всей операции (нормализация) занимает 55 минут [2].

Далее проводится контроль предела выносливости (σ _в ) на разрывной электромеханической машине (690 МПа) и ударной вязкости (KCU) на маятниковом копре (47 Дж/см ² ).

В результате проведения эксперимента было выявлено, что в технологическом процессе термической обработки отжиг затрачивается 195 минут (время заготовки в печи), при этом после термической обработки ударная вязкость (KCU) = 47 Дж/см ² , предел выносливости (σ _в ) = 690 МПа. А в технологическом процессе термической обработки после введения изменений, замена отжига на нормализацию, затраченное время на операцию равно 55 минутам (время заготовки в печи), при этом после термической обработки ударная вязкость (KCU) = 49 Дж/см ² , предел выносливости (σ _в ) = 690 МПа. Следовательно, замена термической обработки отжига на нормализацию детали «Болт» из стали 45 произведена успешно. Нормализация является более производительной и дает лучшие результаты.

Литература:

1. Шмыков, А. А. Справочник термиста / А. А. Шмыков. - 2-е изд. - Москва: Машгиз, 1952. - 288 с. - Текст непосредственный.

2. Самохоцкий, А. И. Технология термической обработки металлов / А. И. Самоходский, Н. Г. Парфеновская. - 2-е изд. - Москва: «Машиностроение», 1976. - 311 с. - Текст непосредственный.