В. Б. Райцес, А.Ф. Лебедев
ТЕРМИСТА
МАШГИЗ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ИЗДАТЕЛЬСТВО
МАШИНОСТРОИТЕЛЬНОЙ литературы
МОСКВА 1961 СВЕРДЛОВСК
В книге популярно излагаются основные теоре-
тические сведения о строении и свойствах металлов
и превращениях, происходящих в них при термиче-
ской обработке. Описывается сущность основных
технологических процессов термической обработки,
передовые приемы труда, виды брака и «секреты»
мастерства для достижения высокого качества обра-
батываемых деталей. Описываются также основное и
вспомогательное оборудование термических цехов,
механизированные и автоматизированные линии.
Книга предназначается для рабочих термических
цехов машиностроительных заводов. Она может быть
использована также при обучении молодых рабочих
в заводской курсовой сети.
Рукопись одобрена кафедрой термической обработки
Челябинского политехнического института
и отделом термической обработки Челябинского
научно-исследовательского института технологии машиностроения
Рецензент Б. П. Захаров
УРАЛО-СИБИРСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ МАШГИЗА
Ведущий редактор инж. А, В. Калетина
Можно с уверенностью сказать, что ни один из известных
в настоящее время материалов не обладает такими разнообраз-
ными, порою чудесными свойствами, как металл. Из всех метал-
лов наиболее замечательные особенности имеет сталь. Ее мож-
но сделать очень твердой или мягкой, упругой или пластичной,
нержавеющей, жаропрочной или износостойкой. Для того чтобы
получить те или иные свойства, нужно, во-первых, выбрать
состав стали, а во-вторых, правильно ее обработать.
Одним из наиболее важных видов обработки стали является
тепловая или, как ее принято называть, термическая обработка
(по-гречески слово «терме» значит теплота, жар). Человек на-
учился изготовлять и термически обрабатывать сталь много ве-
ков тому назад. В древние времена сталь в основном применя-
лась для изготовления холодного оружия, а позднее — предме-
тов домашнего обихода и простых орудий — лопат и заступов.
Изготовлением всех этих изделий занимались кузнецы, которые
сами же производили и термическую обработку — цементацию,
закалку, отпуск. Такие мастера в старое время высоко ценились
и пользовались в народе большой популярностью и уважением.
Одним из таких мастеров был Нил Просвит, изготовивший в
1618 г. для царя отличную булатную саблю.
Высокая прочность и твердость булатной стали достигалась
искусной термической обработкой — закалкой. Однако в те да-
лекие времена мастера, изготовлявшие прекрасные образцы хо-
лодного оружия и другие предметы, не знали, да и не могли
знать, почему именно закалка так повышает прочность стали.
Некоторым мастерам случайно удавалось найти правильный
способ термической обработки, иные, как например русский ма-
стер XIX в. И. Г. Завьялов, доходили до этого после бесконечно
большого количества кропотливых опытов.
И в древние времена, когда изготовлением металлических
3
•изделий занимались ремесленники, и в более поздние времена,
когда появились заводы, секреты обработки металла хранились
в тайне. Это был источник дохода, обогащения, и потому те, кто
владел секретом производства, будь то мелкий ремесленник или
Крупный заводчик, строго и ревниво его оберегали. Искусство
мастеров и все их профессиональные тайны передавались из
рода в род, из поколения в поколение путем длительного прак-
тического обучения. Зачастую же секреты производства бесслед-
но терялись. Так был утерян хранившийся в глубокой тайне сек-
рет изготовления знаменитой дамасской булатной стали. Кли-
нок из такой стали мог разрубить железный пруток, не получив
и зазубрины. Когда известный завоеватель Тамерлан в начале
XI в. покорил Сирию, он увез из Дамаска всех мастеров бу-
латного искусства. Они умерли на чужбине, и секрет изготовле-
ния дамасской стали был утерян. Много лет спустя в XIX в. тайна
булата была открыта русским горным инженером П. П. Аносо-
вым. Он впервые в мире научно обосновал способ его производ-
ства. Он же впервые применил микроскоп для исследования
стали на шлифах, разработал процесс газовой цементации, изу-
чил зависимость между структурой и свойствами стали. Аносов
был замечательным ученым и патриотом, прославившим рус-
скую науку. Однако в условиях царской России он был одинок,
и все его труды не сделались достоянием рабочих. Поэтому хотя
мастерство русских рабочих-металлургов было и в ту пору очень
высоким, однако оно сводилось к слепому выполнению профес-
сиональных приемов и навыков, перенимаемых учениками у ма-
стеров без всякого понимания сущности и смысла выполняемых
операций. Средневековые мастера даже приписывали закалоч-
ной жидкости волшебные силы, которые якобы и обеспечива-
ли высокую прочность стали при ее охлаждении. Искусство ста-
рых мастеров заключалось в том, что они умели на глаз по ин-
туиции, т. е. по «внутреннему чувству», определять правильную
температуру и время нагрева; знали, как нужно охладить изде-
лие, чтобы получить высокую твердость, умели так погрузить
изделие в закалочную жидкость, чтобы оно не покоробилось,
знали, как произвести отпуск, чтобы получить наиболее высо-
кие свойства металла, и многое, многое другое.
Техника сегодняшнего дня шагнула далеко вперед. Появи-
лись сложнейшие станки-автоматы, гигантские гидротурбины,
сверхскоростные реактивные самолеты. Повысились требования,
предъявляемые к деталям, идущим на изготовление всех этих
машин. А значит, повысились требования и к термической обра-
ботке. Применяются новые технологические процессы, сложное
оборудование и приборы (фиг. 1). Это, с одной стороны, облег-
чает работу термиста: уменьшается доля физического труда,
работа на глаз уступает место работе по приборам, но с дру-
гой,— требуется знание новой техники, оборудования и умение
4
управлять ими. Мастерство термиста в новых условиях все
усложняется.
При термической обработке все основные операции требуют
вполне определенного времени: поспешишь, например, с нагре-
вом — деталь не прогреется и не получит закалки; затянешь вре-
мя— перегреешь сталь, и деталь после термообработки будет
хрупкой. Хороший термист должен обладать чувством времени.
Умение определять время, необходимое для нагрева детали, —
Фиг. 1. Современный 'термический цех.
важнейший элемент мастерства. К сожалению, еще и сейчас не
разработан достаточно надежный и простой метод расчета вре-
мени нагрева. Поэтому даже при современном производстве,
когда применяется сложное механизированное оборудование,
этот элемент мастерства не утратил своего значения.
Умение безошибочно определять температуру — важный мо-
мент в работе термиста. На первый взгляд это может показать-
ся излишним, так как сейчас на производстве применяются при-
боры, которые не только показывают температуру, но и автома-
тически регулируют и записывают ее. Однако, как мы дальше
увидим, на практике бывают случаи, когда успех термообработ-
ки зависит от опыта термиста и его умения по одному взгляду
на деталь определить ее температуру. Термист должен хорошо
разбираться в марках стали и других сплавов, знать, какой ре-
жим термической обработки нужно применять для той или иной
5
марки и какие можно при этом получить свойства металла или
сплава.
Глубоко неправ тот, кто считает, что с развитием техники
профессиональное мастерство утрачивает свое значение. Нет,
оно становится еще более необходимым и приобретает новый
смысл. Знания, приемы и средства работы термистов современ-
ного термического цеха должны быть несравненно более высо-
кими, разнообразными и надежными, чем у старых кузнецов-
термистов. Сейчас термическая обработка на заводах произво-
дится в специальных цехах или отделениях, где имеется слож-
ное механизированное оборудование и приспособления, облег-
чающие труд рабочего и повышающие его производительность.
Доля физического труда становится все меньше, но зато услож-
няется сама обработка. В настоящее время применяют такие
виды ее, какие раньше не были известны, например, закалку
токами высокой частоты, обработку холодом и многое другое.
Вот почему мастерство термиста сегодня сложнее, шире и мно-
гограннее, чем было раньше. Чтобы овладеть им, нужно не про-
сто механически перенимать приемы и методы работы, а тре-
буется хорошее понимание сущности всех процессов, происхо-
дящих в металле при термической обработке, для того,- чтобы
сознательно управлять ими. Требуется хорошее знание устрой-
ства оборудования, чтобы наилучшим образом использовать его.
Нужна более высокая культура производства, чтобы обеспечить
многообразные требования, предъявляемые к качеству деталей
современных машин.
Технология термической обработки таит в себе огромные
резервы повышения производительности труда. Настоящее ма-
стерство и проявляется в умении вскрыть и использовать эти ре-
зервы. Это максимальное использование рабочего пространст-
ва печи в результате рациональной укладки деталей, примене-
ние приспособлений для одновременной закалки партии дета-
лей, сокращение времени вспомогательных операций, механиза-
ция трудоемких работ, применение нового высокопроизводитель-
ного оборудования и, наконец, внедрение новых усовершенство-
ванных технологических процессов, таких, как газовая цемента-
ция, обработка токами высокой частоты, изотермическая закал-
ка, обработка холодом. В старое время оборудование и техноло-
гические процессы были значительно проще, но даже тогда на
обучение мастерству термиста уходили многие годы. Приемы
и методы работы перенимались бессознательно, вслепую. Это
очень тормозило развитие и совершенствование производства.
Сегодня основой мастерства термиста является хорошая теоре-
тическая подготовка в сочетании с практическими приемами
и навыками работы.
В период бурного развития нашей промышленности букваль-
но каждый день приносит что-нибудь новое в науке, технике и
«
производстве. Поэтому, чтобы не отстать и не остаться позади,
термист, как и рабочие других специальностей, должен быть
грамотным и непрерывно совершенствовать свое техническое об-
разование, читать техническую литературу, интересоваться опы-
том других заводов.
Когда рабочий хорошо знает свое дело, а главное, любит его,
испытывает гордость за свою профессию, у него появляется же-
лание усовершенствовать приемы труда, повысить качество
продукции, он вносит предложения, которые помогают улучшить
процесс, повысить производительность труда. Образование, как
общее, так и техническое, помогает ему воплотить эти предло-
жения в жизнь. Такой рабочий-новатор не станет замыкаться
и работать в одиночку. Он всегда активно поддерживает твор-
ческую инициативу товарищей по профессии, в любой момент
готов прийти к ним на помощь и поделиться своими знаниями,
опытом и мастерством. Вот такое сознательное отношение к лю-
бимому труду, желание работать сегодня лучше, чем вчера, а
завтра лучше, чем сегодня, вызывает к жизни подлинное социа-
листическое соревнование. Это — путь к вершинам мастерства.
На наших заводах в последние годы получила распростране-
ние очень хорошая практика творческого содружества инженер-
но-технических работников и рабочих-новаторов. Эта работа в
комплексных бригадах. Инженеры, техники, мастера и рабочие
в этих бригадах работают в тесном контакте. Это обогащает
практический опыт инженерно-технических работников и подни-
мает технический уровень рабочих, расширяет их кругозор и вы-
зывает потребность постоянно и упорно учиться. Примеры это-
го мы можем видеть в бригадах коммунистического труда. Так
сглаживаются грани между умственным и физическим трудом.
Вот почему овладение мастерством своей профессии в соче-
тании с коммунистическим отношением к труду — это большой
вклад в общее дело строительства коммунизма.
7
4
Металл с давних пор служит человеку. Около пяти тысяч
лет тому назад люди уже умели изготовлять предметы вооруже-
ния и домашнюю утварь из бронзы. Отсюда пошло название
«Бронзовый век». И сегодня, куда бы мы ни заглянули —всюду
видим металл. Тысячи разнообразнейших изделий, начиная от
маленькой булавки и кончая гигантскими гидротурбинами, из-
готовлены из металла. В промышленности, сельском хозяйст-
ве и в быту, наряду с металлом, применяются и многие другие
материалы: дерево, кирпич, пластмассы, резина, однако металл
завоевал первое место как самый удобный и надежный мате-
риал. Чем же можно объяснить, что именно металлу отдается
такое предпочтение?
Дело в том, что металл отвечает всем тем разнообразным
требованиям, какие предъявляются к деталям современных ма-
шин: твердость, прочность, износостойкость, упругость, вязкость
и т. д. Наряду с этим, металл обладает другими важными свой-
ствами,. его можно подвергать почти всем известным видам об-
работки: ковать, штамповать, отливать, сваривать, обрабаты-
вать резцом, наконец, подвергать термической обработке.
Что же представляет собой металл?
Металлами называют не только химически простые вещест-
ва (медь, железо, никель), но и сплавы. Например, сталь—это
сплав железа с углеродом, латунь —сплав меди с цинком. Все
металлы отличаются особым металлическим блеском, ков-
костью, плавкостью и способностью проводить тепло и электри-
чество.
Каждый металл или сплав обладает характерными, присущи-
ми только ему одному свойствами. Сталь имеет высокую твер-
дость и прочность, алюминий — малый удельный вес и высокую
электропроводность; олово очень пластично и легкоплавко, чу-
гун хорошо отливается в формы и имеет низкий коэффициент
8
трения, латунь хорошо штампуется и устойчива против кор-
розии. Изменяя содержание элементов в сплаве, можно придать
ему разнообразные свойства. Так, сталь при малом содержании
углерода мягка и пластична, а при большом—тверда и упру-
га. Правда, эти свойства высокоуглероднстая сталь получает
только после термической обработки. Таким образом, свойства
сплавов, и в частности сталей, зависят, во-первых, от химическо-
го состава и, во-вторых, от термической обработки.
В промышленности применяют два рода металлов: черные и
цветные. Черные — это сталь и чугун. Почему сталь относится к
черным металлам? Ведь мы часто употребляем выражение «сталь-
ной цвет», имея в виду светло-серый оттенок. Действительно, та-
кой цвет сталь имеет непосредственно после обточки резцом
или в свежем изломе. Но вскоре на воздухе она ржавеет,
темнеет, и тогда цвет ее уже оправдывает название «черный ме-
талл». То же можно сказать и о чугуне.
К цветным металлам относятся: медь, алюминий, цинк, оло-
во, магний, латунь, дюралюминий и др. Эти металлы и сплавы,
действительно, имеют разнообразные цвета, за что и получили
свое название.’ Почти все они, в отличие от стали и чугуна, не
ржавеют или очень мало ржавеют на воздухе, сохраняя в основ-
ном свой первоначальный цвет. Медь—красная, алюминий —
серебристо-серый, латунь — золотисто-желтая и т. д.
Для того чтобы правильно выбрать и обработать металл для
данной детали, нужно знать, в каких условиях она работает.
Когда скорый поезд проносится, грохоча на стыках рельс, пас-
сажиры мягко покачиваются в вагонах, почти не ощущая толч-
ков. Зато рессоры и пружины, на которые опирается тяжелый
60-тонный вагон, воспринимают толчки огромной силы. Сотни
тысяч километров пробегает вагон, миллионы раз прогнутся
пружины и рессоры, и если сталь, из которой они изготовлены,
выбрана правильно и хорошо обработана, то никаких поломок
и аварий не будет. Для таких деталей применяют специальные
пружинные стали, которые после термической обработки ста-
новятся упругими и прочными.	*
В иных условиях работает ковш экскаватора. С размаха
вгрызается он в грунт, разрушая твердую породу, дробя скалу
и камни. Песок, гравий, осколки камней бьют и со скрежетом
царапают его поверхность. Однако ковш не боится этого. Металл
для ковша выбран прочный и износостойкий, а термическая об-
работка усилила эти свойства.
Шестерни зубчатых передач также работают на износ. Кро-
ме того, зубья при передаче вращения воспринимают большие
усилия. В ряде случаев эти усилия воздействуют ударно, напри-
мер при переключении скоростей в автомобиле. Таким образом,
от шестерен требуется высокая прочность, твердость и износо-
стойкость. Можно было бы эти детали изготовлять из твердой
9
закаленной стали, но тогда шестерни будут хрупкими, и при
резком их включении не избежать поломок. На выручку прихо-
дит цементация или поверхйостная закалка токами высокой ча-
стоты. Поверхность зубьев получается твердой и износостойкой,
а сердцевина — вязкой. Теперь ударная нагрузка шестерням не
страшна.
Кому из нас не приходилось досадовать, когда при ввинчива-
нии винта прорезь под отвертку сминается или вовсе срезается.
Беда невелика, если это случается в быту, но в ответственных ма-
шинах этого допускать нельзя. И здесь хорошую услугу оказы-
вает термическая обработка, а именно — цианирование. Теперь
•отвертка не сомнет прорезь винта, да и резьба его будет на-
много прочнее.
При обточке детали на токарном станке стружка, скользя
по рабочей грани резца, вызывает сильный разогрев его. Если
резец изготовить из обычной стали, то в результате нагрева
и сильного трения он быстро затупляется, или «садится», как
скажет токарь. Но если применить специальную быстрорежу-
щую сталь и правильно ее термически обработать, то можно бу-
дет значительно повысить скорость резания, и резец будет хо-
рошо работать даже при нагреве до красного каления.
Не так давно, прорезая толщу земной атмосферы, в межпла-
нетное пространство устремилась первая советская космическая
ракета. Скорость ее так велика, что трение о воздух вызывает
сильный разогрев, способный размягчить и расплавить обычную
сталь. Но корпус ракеты сделан из специального сплава, кото-
рый выдерживает нагрев до очень высокой температуры, не те-
ряя прочности.
Рабочие термических цехов знают, как хорошо и надежно в
лечение длительного времени работают муфели, поддоны и дру-
гое оборудование термических печей, если они изготовлены из
окалин'остойкой стали. Основное требование к муфелю — это
герметичность. Если его изготовить из обычной стали, он быстро
прогорит. Это не только вызовет брак при термообработке, но а
сможет вывести' оборудование из строя. И в этом случае пра-
вильный выбор материала решает успех дела.
Многие детали машин работают в условиях постоянного воз-
действия влаги, солей, кислот и других жидкостей, вызывающих
ржавление металла. Поднимаясь на борт морского парохода, мы
замечаем, что приборы, арматура и поручни изготовлены из
красивого золотистого металла. Это морская латунь. Состав ее
подобран так, что морская вода не действует на. металл, не вы-
зывает его разъедания.
Можно было бы привести еще множество примеров, которые
показывают, что основное требование, предъявляемое ко всякой
детали, — долговечность в работе — может быть выполнено при
условии правильного выбора материала и его термообработки.
10
В настоящее время в промышленности применяют сотни разно-
образных марок металлов — сталей, чугунов и цветных сплавов
{фиг. 2).
г)
Фиг. 2. Условия работы различных деталей машин и конструкций.
Что же представляют собой эти металлы .и от чего зависят
их свойства?
СТАЛЬ
Сталь — это сплав железа с углеродом. От углерода зависит
способность стали закаливаться, а значит, и все ее основные
свойства.
Количество углерода в стали бывает в пределах от 0,1 до
1.5%. Чем больше его, тем тверже и прочнее сталь. Правда,
И
при этом ухудшаются ковкость и свариваемость стали. При ма-
лом содержании углерода сталь не закаливается. Получить
высокую твердость такой стали невозможно. Такую сталь на-
зывают железом.
Кроме углерода — главной примеси, в состав стали обычно
входят кремний, марганец, сера и фосфор. В небольших коли-
чествах они имеются во всякой стали, а потому и называются
обычными примесями. Сталь, в состав которой входят только
углерод и эти примеси, называется углеродистой.
Кремний и марганец — это примеси, необходимые в
процессе самого изготовления стали. Обычно содержание крем-
ния в стали не превышает 0,4%, а марганца 0,8%. В таких ко-'
личествах они не оказывают существенного влияния на свойства
стали.
Сера и фосфор — опасные враги стали. Эти вещества
содержатся в руде и коксе и оттуда переходят в чугун, а за-
тем— в сталь в процессе их изготовления. Совершенно изба-
виться от серы и фосфора невозможно. Поэтому стараются лишь
ограничить их содержание сотыми долями процента.
Сера вызывает красноломкость, т. е. хрупкость стали при
температуре красного каления. Это имеет большое значение
при кузнечной обработке, когда по раскаленному куску стали
наносят сильные удары. Если сталь имеет повышенное содер-
жание серы, в ней могут образоваться трещины. Повышенное
содержание фосфора вредно по другой причине: он вызывает
хладноломкость, т. е. хрупкость при обычной и особенно при по-
ниженной температуре. Поэтому сооружения, предназначен-
ные для работы в условиях Крайнего Севера (рельсы, мосты
и др.), должны быть изготовлены из стали с минимальным со-
держанием фосфора.
Нет правил без исключения. Таким исключением является
автоматная сталь, в которой не только допускается, но и
специально повышается содержание серы и фосфора до 0,1 —
0,2%. Конечно, в этом случае усиливается вредное влияние этих
элементов на прочность стали. Но это не имеет решающего зна-
чения, так как из автоматной стали изготовляют неответствен-
ные детали (болты, шпильки, гайки). Зато такая сталь очень
легко и чисто обрабатывается на токарных станках-автоматах,
за что и получила свое название.
Итак, в обычной углеродистой стали имеются: углерод, крем-
ний, марганец, сера и фосфор. Суммарное их содержание не
превышает 2%, а следовательно, на долю железа приходит-
ся 98% и более.	;
Наряду с обычными примесями, в сталь могут вводиться спе-
циальные элементы: хром, никель, вольфрам, титан, ванадий,
бор и др. Такую сталь называют специальной, или легиро-
ванной. «Лигаре» по-латыни означает связывать. Легирующие
12
элементы в том или ином виде «связываются» с железам или
углеродом и способствуют приданию стали особых свойств.
Хром—самый распространенный из легирующих элемен-
тов. Он повышает твердость и прочность стали и способствует
более глубокой прокаливаемости. Подробно о прокаливаемости
будет сказано дальше. Сталь, содержащая хром, принимает за-
калку при сравнительно более медленном охлаждении (закалка
в масле). Это уменьшает коробление деталей в процессе закал-
ки. Существуют хромистые стали с особыми свойствами, напри-
мер нержавеющая.
Никель повышает прочность и одновременно пластичность,
т. е. обеспечивает большую вязкость стали. Это очень важное
свойство для многих ответственных деталей. Никель увеличи-
вает прокаливаемость стали, хотя и меньше, чем хром. Очень
хорошие свойства получаются в стали при совместном введении
хрома и никеля. Сталь при этом получается очень прочной и в то
же время вязкой, хорошо закаливается. Некоторые хромонике-
левые стали принимают закалку даже при охлаждении на воз-
духе. При большом содержании хрома и никеля сталь получает-
ся нержавеющей или (при определенном соотношении этих эле-
ментов) жаропрочной.
Беда лишь в том, что никель является очень дорогим элемен-
том. Поэтому там, где можно, его стараются не применять, а
заменяют другими, более дешевыми легирующими элементами,
например марганцем.
Вольфрам — очень ценный легирующий элемент, особен-
но в инструментальной стали. Он повышает твердость и проч-
ность, а главное, обеспечивает сохранение этих свойств при вы-
сокой температуре; так, в быстрорежущей стали он способст-
вует сохранению твердости при нагреве до красного каления,
т. е. создает красностойкость. Кроме того, вольфрам увеличи-
вает прокаливаемость и устраняет хрупкость при отпуске.
О том, что это за явление — хрупкость при отпуске, будет ска-
зано дальше, на стр. 48.
Молибден действует аналогично вольфраму, но добав-
ляется в сталь в количестве, примерно в три раза меньшем, чем
вольфрам. Молибден так же, как и вольфрам, — дорогой ме-
талл, однако в ряде случаев, например в инструментальных и
штамповых сталях, благоприятное влияние этих элементов на
свойства стали вполне оправдывает их применение.
Б о р в качестве легирующего элемента стал применяться
недавно. Еще два десятка лет назад не было известно о замеча-
тельном влиянии этого элемента на свойства стали. Чрезвычай-
но малое количество бора очень сильно повышает прокаливае-
мость стали. Всего 0,002% бора могут заменить 2% никеля или
0,3% молибдена. Но только очень малые (гомеопатические)
добавки бора дают положительные результаты. Если же содер-
13
жание его превышает 0,007%, то это приводит к красноломко-
сти и затрудняет прокатку и ковку. И еще одна особенность —
действие бора оказывается эффективным только в сталях, со-
держащих не более 0,6% углерода.
Ванадий способствует получению мелкозернистой структу-
ры и предотвращает перегрев стали. Вводится ванадий в кон-
струкционную и инструментальную быстрорежущую сталь. Ва-
надий, так же, как и вольфрам, способствуем сохранению твер-
дости стали при повышенной температуре.
Титан действует подобно ванадию. Он также измельчает
зерно в стали и предотвращает ее перегрев.
Марганецв небольших количествах имеется в любой ста-
ли. Однако, если его содержание превышает 1%, то он ведет
себя как легирующий элемент. Марганец — дешевый металл.
Запасы его в СССР — самые большие в мире. Марганец повы-
шает прочность и особенно упругость стали, противодействует
красноломкости при повышенном содержании серы, резко уве-
личивает прокаливаемость. При большом содержании он повы-
шает износостойкость стали. Часто дешевым и доступным мар-
ганцем заменяют дорогой и дефицитный никель.
Кремний, как и марганец, при содержании свыше 1% мо-
жет быть легирующим элементом. Он так же, как марганец,
широко распространен в природе. Аналогично марганцу, он по-
вышает прочность и упругость стали, увеличивает прокаливае-
мость. Однако при содержании кремния свыше 1,5% в стали воз-
никает хрупкость. Кремний способствует повышению окалино-
стойкости при высоких температурах.
ЧУГУН
Чугун, как и сталь, является важнейшим материалом в ма-
шиностроении. Из него путем литья изготовляют разнообразней-
шие детали машин, в том числе и детали ответственного назна-
чения: поршни, цилиндры, крупные шестерни, станины и многие
другие детали. В последнее время освоены новые виды чугу-
на— легированный, высокопрочный, что еще более расширило
область его применения.
Чем же отличается чугун от стали?
В состав чугуна входят те же элементы, что и в состав ста-
ли— углерод, марганец, кремний, сера и фосфор, но содержит-
ся их в чугуне значительно больше, чем в стали. Приближенно
можно сказать, что углерода и кремния в чугуне в десять раз
больше, марганца и серы — вдвое больше. Содержание фос-
фора может доходить до 1%, т. е. в 30 раз больше, чем в стали..
По прочностным свойствам чугун, даже самый лучший, конеч-
но, уступает стали. Однако он имеет и ряд преимуществ по-
сравнению с ней. К ним прежде всего относятся хорошие литей-
14
ные свойства. Чугун имеет температуру плавления ниже чем
сталь, и потому легче расплавляется. Он более жидкотекуч и
потому хорошо заполняет форму, позволяя получить гораздо<
более тонкие стенки в отливках. Чугун хорошо обрабатывается
на станках, имеет более низкий коэффициент трения, хорошо
сопротивляется износу. По этой причине он с успехом заменяет
втулки и вкладыши подшипников из цветных металлов.
Главный недостаток чугуна — это хрупкость и очень малая
вязкость и пластичность. Поэтому при работе чугунных деталей
даже незначительная ударная нагрузка или деформация при-
водят к трещинам и поломкам. Но с появлением высокопрочно-
го чугуна, обработанного магнием, дело изменилось к лучшему.
Этот чугун обладает некоторой пластичностью, вязкостью и ме-
нее хрупок. По своим прочностным свойствам он приближается
к стали.
Как и в стали, углерод в чугуне является главной примесью.
Он может быть в связанном состоянии в виде цементита или в
свободном — в виде графита. Цементит — это вещество, которое
представляет собой химическое соединение углерода и железа.
Он очень тверд, но хрупок. Графит — это чистый углерод, он
очень мягок.
Если чугунные отливки охлаждать быстро, то весь углерод
окажется в связанном состоянии в виде цементита. Такой чугун
очень твердый и хрупкий. В изломе он имеет белый цвет, отку-
да и получил свое название белый чугун. Белый чугун не
поддается обработке резанием, он очень хрупок, а потому не
применяется для деталей машин.
При медленном охлаждении углерод выделяется в виде мно-
гочисленных мелкораздробленных включений графита. Чугун
получается менее твердым и не таким хрупким. Он хорошо об-
рабатывается на станках и вполне пригоден для разнообразных
деталей. Это серый чугун. Свое название он получил по
цвету излома. Графит в сером чугуне имеет пластинчатую
форму.
Получение того или иного вида чугуна зависит, во-первых,
от скорости охлаждения отливок и, во-вторых, от химического
состава чугуна. Как указывалось, при большой скорости охлаж-
дения получается белый чугун, а при малой — серый. Ясно, что
охлаждение толстостенных массивных отливок происходит за-
медленно и чугун получается серым. Тонкостенные чугунные от-
ливки, получаемые в металлических формах-кокилях, оказыва-
ются белыми.
Различные элементы по-разному влияют на формирование
чугуна. Марганец действует как ускоренное охлаждение, т. е,
способствует, как говорят, отбеливанию чугуна. Кремний, на-
оборот, способствует получению серого чугуна. Влияние крем-
ния сказывается наиболее сильно. Таким образом, кремний и
15
марганец оказывают противоположное действие, а значит, уме-
ло изменяя их содержание с учетом толщины отливки и скоро-
сти охлаждения, можно регулировать процесс графитизации,
т. е. получать по желанию белый или серый чугун.
Сера в чугуне является вредной примесью. Она уменьшает
жидкотекучесть, вызывает образование газовых пузырей и спо-
собствует отбеливанию. Фосфор в сером чугуне, в отличие от
стали, оказывает благоприятное влияние на его свойства. Фос-
фор способствует повышению жидкотекучести чугуна и повы-
шает его износостойкость.
В последнее время многие ответственные детали: втулки, ше-
стерни, звездочки и даже коленчатые валы — изготовляются из
серого чугуна повышенного качества, известного под названием
модифицированного чугуна. Улучшение качества это-
го чугуна достигается путем введения в разливочный ковш спе-
циальных добавок—модификаторов, например ферросилиция.
Белый чугун хотя и не применяется непосредственно для изго-
товления деталей, но служит исходным для получения ковко-
го чугуна. Ковким он называется не совсем правильно. Этот
чугун в сравнении с серым обладает большей вязкостью и пла-
стичностью, но все же настолько малой, что хотя это и сущест-
венно для повышения прочности деталей, но совершенно недо-
статочно, чтобы его можно было ковать. Отливки из ковкого чу-
гуна можно править, устраняя этим коробление. Это тоже не-
маловажное достоинство.
Наилучшим видом чугуна является так называемый высо-
копрочный чугун. Технология его получения разработана
сравнительно недавно. Сейчас многие заводы применяют этот
чугун для изготовления автомобильных коленчатых валов и
других деталей. Отливками из высокопрочного чугуна заменяют
стальные отливки и поковки и отливки из цветных сплавов. Вы-
сокопрочный чугун хорош тем, что по прочностным свойствам он
приближается к стали, а по технологичности (расплавлению,
заполнению формы, усадке) — к чугуну.
Способ получения такого чугуна основан на том, что в раз-
ливочный ковш вводится магний. В результате графит в отливке
приобретает шаровидную форму. В этом и заключается основное
отличие высокопрочного чугуна, обеспечивающее ему превос-
ходные свойства.
ЦВЕТНЫЕ СПЛАВЫ
Цветные металлы и сплавы по сравнению со сталью и чугу-
ном имеют меньшее применение. Из цветных металлов наиболь-
шее распространение в технике получили: медь, алюминий, цинк,
олово, свинец, магний и никель. Особенно важную роль в- по-
следние годы приобретает титан. Трудно указать свойства, общие
1G
для всех цветных сплавов. Каждый из них имеет что-то свое,
особенное. Тем не менее можно сказать, что почти все цветные
сплавы более устойчивы против коррозии, чем сталь. Большая
часть из них обладает высокой пластичностью, некоторые имеют
отличные литейные свойства и т. д.
Стоимость цветных сплавов выше, чем черных, и потому при-
менение их всегда должно быть хорошо продумано и обосно-
вано. Из цветных сплавов наибольшее распространение получи-
ли сплавы на основе меди, а также алюминиевые и магниевые
сплавы. Сплавы на основе гитана успешно конкурируют со
сталью.
СПЛАВЫ НА ОСНОВЕ МЕДИ
Важнейшие сплавы меди —это латуни и бронзы.
Латуни. Латуни — это сплавы меди с цинком. Для придания
латуни особых свойств в нее могут быть введены и другие ме-
таллы. Так, добавка свинца улучшает обрабатываемость лату-
ни резанием. Никель и марганец повышают сопротивление кор-
розии. Содержание основной добавки — цинка — бывает в пре-
делах от 3 до 30%. Латуни с низким содержанием цинка —
очень мягкие и вследствие высокой вязкости плохо обрабаты-
ваются резцом. С увеличением содержания цинка до 30% повы-
шается прочность и, что очень важно, пластичность.
Следует иметь в виду, что стоимость латуни ниже стоимости
меди.
Латунь бывает литейная (применяется для фасонного литья)
и деформируемая (подвергается обработке давлением). Метал-
лургические заводы выпускают латунные листы, прутки и про-
волоку, а машиностроительные из листов штампуют детали,
посуду и т. п.
Бронзы. Все сплавы меди, за исключением латуней, назы-
ваются бронзами. Название бронзы определяется основным
элементом, который сплавляется с медью. Применяют бронзы
оловянные, алюминиевые, марганцовые и др.
Оловянная бронза. Это сплав, известный со времени глубокой
древности. Он обладает прекрасными литейными свойствами
(малой усадкой, высокой жидкотекучестью), устойчивостью про-
тив коррозии и высокими антифрикционными свойствами (хоро-
шо работает в условиях трения и износа). Однако олово — до-
рогой и дефицитный металл, а потому простые оловянные брон-
зы сейчас применяются очень редко. Вводя дополнительные эле-
ментно цинк, свинец, фосфор, никель), можно достигнуть таких
же или еще лучших свойств при меньшем содержании олова.
Оловянные бронзы применяются для вкладышей подшипников,
для арматуры котлов, деталей морских судов. Заменителями
оловянной бронзы могут служить алюминиевая, кремнистая,
марганцовая бронзы.
1-”0 ,;) гр
2 Заказ № 408	I	4	л л ?	17
Алюминиевая бронза. По механическим свойствам, пластич-
ности, а также по износостойкости и коррозионной стойкости эта
бронза даже превосходит оловянную. Однако алюминиевая
бронза имеет гораздо худшие литейные свойства, вдвое боль-
шую усадку и низкую жидкотекучесть. Добавка в алюминиевую
бронзу железа и марганца повышает ее механические свойства.
Бериллиевая бронза. Примером такой бронзы может слу-
жить бронза марки Бр. Б2, имеющая 2% бериллия. После тер-
мической обработки предел прочности ее становится выше, чем
предел прочности во многих сталях. Правда, пластичность та-
кой бронзы падает. Применяется бериллиевая бронза в основ-
ном для пружин.
Никелевая бронза. Никель придает бронзе повышенную
стойкость против коррозии, улучшает ее механические и литей-
ные свойства. В бронзу никель вводят в сочетании с другими
металлами. Сплав меди с 18—20% никеля хотя и дорогой, но
обладает хорошей штампуемостью и коррозионной стойкостью.
Такой сплав известен под названием мельхиор. Он применяется
для столовой посуды и других изделий. По внешнему виду мель-
хиор напоминает серебро.
СПЛАВЫ НА ОСНОВЕ АЛЮМИНИЯ
.Эти сплавы, наряду с малым удельным весом, обладают вы-
сокой прочностью. Все сплавы алюминия делятся на две груп-
пы: деформируемые, т. е. поддающиеся штамповке, прокатке
и другим видам обработки давлением, и литейные, пригодные
для фасонного литья.
Существует много марок деформируемых сплавов алюминия.
Наибольшее применение имеют сплавы, известные под назва-
нием дюралюминов. В переводе это слово обозначает твердый
алюминий. В состав дюралюмина, кроме алюминия, входят маг-
ний, марганец и медь. Применяются еще и другие деформируе-
мые сплавы, например сплав авиаль, содержащий магний, мар-
ганец, медь и кремний. Для всех этих сплавов нужна термиче-
ская обработка, после которой они приобретают прочность,
близкую к прочности углеродистой стали. Если учесть, что
удельный вес этих сплавов в два с половиной раза меньше ста-
ли, то становится понятным, почему они получили широкое при-
менение в авиации. Так, дюралюмин применяется для наиболее
ответственных деталей каркаса и обшивки самолета. Недостат-
ком таких сплавов является пониженная устойчивость против
коррозии.
Литейные сплавы алюминия, содержащие кремний и другие
добавки, известны под названием силуминов (от слова сили-
ций— кремний). Силумин обладает высокими литейными свойст-
вами. Другие литейные сплавы имеют высокую коррозионную
18
стойкость, некоторые сплавы хорошо обрабатываются резанием
и т. д., ио, к сожалению, не найдено еще такого сплава, который
сочетал бы в себе одновременно все эти свойства. Литейные алю-
миниевые сплавы подвергаются термической обработке.
МАГНИЕВЫЕ СПЛАВЫ
Основное достоинство этрх сплавов — малый удельный вес,
примерно в четыре раза меньший, чем у стали. Поэтому магние-
вые сплавы применяются, главным образом, в авиационной про-
мышленности. Сплав на основе магния с добавками марганца,
алюминия и цинка известен под названием электрон. Сочетание
элементов в электроне оказалось не столь удачным, как в
дюралюминах. Электрон имеет низкие литейные свойства и ма-
лую устойчивость против коррозии. Для предохранения от окис-
ления детали из электрона покрывают лаком, красками, окси-
дируют и т. п.
Отечественные магниевые сплавы бывают деформируемые
и литейные. Деформируемые сплавы в основном отличают-
ся по содержанию алюминия и цинка. Все они могут подвер-
гаться любому виду обработки давлением (прессованию, ковке,
прокатке, штамповке), но обязательно при подогреве до темпе-
ратуры 300—400°.
СПЛАВЫ ТИТАНА
Сплавы титана имеют очень хорошее сочетание разнообраз-
ных свойств. Они обладают малым удельным весом и в то же
время высокой прочностью. Если принять за показатель проч-
ности отношение предела прочности к удельному весу (этот по-
казатель называется удельной прочностью), то окажется',
что на первом месте среди всех известных сплавов будут тита-
новые. Наряду с этим, титановые сплавы обладают высокой
пластичностью и очень устойчивы против коррозии. В этом от-
ношении они не уступают нержавеющей стали. Поэтому такие
сплавы являются очень ценными в авиационной и особенно реак-
тивной технике. Обычными легирующими элементами в про-
мышленных сплавах титана являются: хром, марганец, железо,
ванадий, алюминий, молибден и вольфрам.
Титановые сплавы поддаются термической обработке. В ос-
новном термообработка титановых сплавов по характеру анало-
гична термообработке стали.
2*
Все свойства металлов и сплавов зависят, во-первых, от при-
роды металла или сплава, т. е. от химического состава, и во-
вторых, от структуры, т. е. от внутреннего строения Металла.
Итак, структура — один из двух главных факторов, опреде-
ляющих свойства металлов. Действительно, возьмем какую-ни-
будь инструментальную сталь, изготовим из нее резец и попро-
буем обработать на токарном станке деталь. Резец сразу зату-
пится и будет непригоден к работе. Но подвергнем наш резец
термической обработке — и он начнет вполне нормально рабо-
тать. Что же дала термическая обработка? Она изменила струк-
туру стали, а вместе со структурой изменились и свойства. По-
этому важно изучить, какую структуру может иметь металл,
какими свойствами обладают различные структуры и, наконец,
как влияет термическая обработка на структуру и свойства ме-
талла.
Все металлы имеют кристаллическое строение. В этом мож-
но убедиться, рассматривая кусок металла в изломе. Поверх-
ность излома всегда будет неровной и при внимательном рас-
смотрении, часто даже невооруженным глазом, можно увидеть,
что она состоит из мелких зерен, вплотную прилегающих одно
к другому. Ничего подобного мы не увидим в изломе стекла, так
как оно, в отличие от металла, не имеет кристаллического строе-
ния: это как бы застывшая жидкость.
Совершенно иначе происходит затвердевание жидкого ме-
талла. Вначале в различных местах расплавленного объема об-
разуются многочисленные центры кристаллизации. Это очаги
зарождения кристаллов (фиг. 3, а). По мере понижения темпера-
туры из этих центров вырастают отдельные кристаллы
(фиг. 3,6). В дальнейшем кристаллы растут, приходят во взаим-
ное соприкосновение (фиг. 3, в) ив процессе продолжающегося
роста они давят друг на друга, искажая правильные очертания,
20
о)	б)	б)
Фиг. 3. Схема затвердевания расплавленного металла.
Фиг. 4. Схема атомной решетки (о) и зёрнаЛотличающиеся
углом наклона решетки (б).
21
которые присущи каждому кристаллу при свободном росте.
В результате после полного затвердевания кристаллы приобре-
тают неправильную и неодинаковую форму. Такие кри-
сталлы называют кристаллитами или зернами. Вот почему
говорят, что сталь имеет кристаллическое или зернистое строе-
ние, которое мы и наблюдаем на изломе. Каждое зерно — это
кристалл, имеющий произвольную внешнюю форму, но правиль-
ное внутреннее строение, т. е. строго закономерное расположе-
ние атомов. Если через центры атомов мысленно провести пря-
мые линии, то получится атомная решетка (фиг. 4, а). Зерна
одного и того же металла совершенно одинаковы по внутренне-
му строению, но в металле они расположены так, что их решет-
ки оказываются непараллельными друг другу (фиг. 4,6).
Строение металла, видимое невооруженным глазом, назы-
вается макроструктурой, а видимое с помощью микроско-
па — микроструктурой.
МИКРОСТРУКТУРА СТАЛИ И ЧУГУНА
Если рассмотреть с помощью микроскопа сталь, содержа-
щую очень мало углерода (менее 0,05%), то можно увидеть, что
микроструктура ее представляет собой многочисленные зерна.
Темная сетка — это границы зерен. Такая микроструктура назы-
вается ферритом (фиг. 5, а см. в конце книги). «Феррум» по-
латыни означает железо. Действительно, феррит — это почти
чистое железо. Мы говорим «почти» потому, что в нем все же
имеется в растворенном виде около 0,01% углерода. Феррит —
очень мягкая и пластичная структура. Вспомним, как легко
поддается гибке и расклепыванию железо.
Углерод с железом, как мы уже знаем, может образовать хи-
мическое соединение— цементит. В противоположность фер-
риту, цементит очень тверд и хрупок. При содержании углерода
0,8% структура стали будет представлять собой мелкие частич-
ки цементита, равномерно распределенные в поле феррита
(фиг. 5,6). Такая структура носит название-п е р л и т. Протрав-
ленный шлиф перлитной стали по виду напоминает перламутр,
откуда произошло название структуры. Если содержание угле-
рода находится в пределах 0,1—0,8%, то в структуре стали на-
ряду с перлитом будет феррит (фиг. 5, в). Чем больше углерода,
тем больше будет перлита. Такую феррито-перлитную структу-
ру имеют конструкционные стали в сыром виде, т. е. до терми-
ческой обработки.
При содержании углерода свыше 0,8% сталь имеет структу-
ру, состоящую из перлита, в поле которого располагается цемен-
тит (фиг. 5,г). Такая структура характерна для инструменталь-
ной стали также до термической обработки'.
Микроструктура обыкновенного серого чугуна состоит из
22
графита, распределенного в металлической основе. Такой осно-
вой может быть, феррит, перлит, либо феррит плюс перлит
(фиг. 6 см. в конце книги). Сопоставляя эти структуры со струк-
турами стали, можно убедиться, что все различие сводится толь-
ко к графиту. Прочность графита настолько мала, что места его
залегания можно приравнять к пустотам. Таким образом, серый
чугун подобен стали, испещренной микропустотами, которые дей-
ствуют как микронадрезы. Это основная причина, по которой
серый чугун имеет более низкую прочность, чем сталь. Но, с
другой стороны, графит оказывает положительное влияние, ког-
да детали работают в условиях трения. Он тогда выполняет
роль смазки, уменьшая трение и износ. Кроме того, наличие
графита улучшает обрабатываемость на станках, так как
стружка получается легкоскалывающейся.
Вредное действие графита можно уменьшить, если придать
ему вместо пластинчатой формы, какую он имеет в сером чугу-
не, округлую, близкую к шаровидной. Это вполне понятно: вклю-
чения графита шаровидной или близкой к ней формы можно
приравнять к действию округлых пустот, в то время, как вклю-
чения графита пластинчатой формы действуют подобно острым
надрезам. Основное отличие ковкого чугуна от серого и заклю-
чается в том, что он имеет графит не в виде пластин, а в виде
более или менее округлых хлопьев (фиг. 7, а см. в конце книги).
Еще лучше форма графита в высокопрочном чугуне, где он име-
ет вид шариков, почему и называется шаровидным (фиг. 7, б).
КАКИЕ ИЗМЕНЕНИЯ ПРОИСХОДЯТ В СТАЛИ
ПРИ НАГРЕВЕ
При нагревании до температуры 723° никаких существенных
изменений в микроструктуре стали не наблюдается. При темпе-
ратуре 723° перлит начнет превращаться в новую структуру —
аустенит. Эта структура представляет собой как бы затвер-
девший раствор углерода в расплавленном металле. Иначе гово-
ря, аустенит — это твердый раствор углерода в железе, при-
чем содержание углерода в растворе может доходить до 2%.
Аустенит мягок, пластичен. Поэтому для проведения ковки и
штамповки сталь нагревают до аустенитного состояния. По
своему виду под микроскопом аустенит напоминает феррит:
светлые поля зерен, разделенные темной каймой сетки — грани-
цы зерен.
Возникает вопрос: почему же при высокой температуре по-
вышается растворимость углерода в железе? Объясняется это
так: во-первых, при температуре 723° атомная решетка железа
перестраивается по-новому так, что расстояния между атомами
каждой ее ячейки несколько увеличиваются, и углерод может
более свободно проникать в нее, т. е. растворяться. Во-вторых,
23
повышение температуры способствует большей подвижности
атомов углерода, что также облегчает его проникновение в ре-
шетку железа.
На фиг. 8, а показан вид атомной решетки железа при обыч-
ной температуре: восемь атомов располагаются по углам и один
в центре. Так же выглядит и решетка феррита, т. е. железа, в
котором растворено очень мало углерода. При подъеме темпе-
ратуры выше 723° атомы перегруппировываются, становясь по
углам и в центре граней. Это позволяет углероду войти в ре-
шетку железа в сравнительно большом количестве — до 2%.
Количество кубиков при этом уменьшается. Образуется аусте-
нит (фиц 8, б).-
Фиг. 8. Строение атомной решетки железа:
а — при обычной температуре; б — при высокой температуре.
Температура 723° называется нижней критической точкой
и обозначается буквой А]. Итак, при температуре нижней кри-
тической точки перлит превращается в аустенит. Если сталь
имела содержание углерода до 0,8%, то, как мы уже знаем,
исходная структура ее при комнатной температуре состояла
из перлита и феррита. При 723° перлит превратится в аустенит.
А что же будет с ферритом? С дальнейшим повышением темпе-
ратуры он будет растворяться в аустените. При определенной
температуре, которая называется верхней критической точкой
и обозначается А3, весь феррит растворится, и мы будем иметь
однородную структуру — аустенит. Замечательные точки At и А3
открыл великий русский ученый Д. К. Чернов.
Подобная же картина наблюдается в стали, имеющей более
0,8% углерода. Исходная структура такой стали — перлит плюс
цементит. При нагреве до температуры At (723°) перлит пре-
вратится в аустенит, а при дальнейшем подъеме температуры
до А3 весь цементит растворится в аустените.
Температура Ai для всех углеродистых сталей одинакова —
723°, температура же Аз для каждой стали своя.
24
При дальнейшем нагреве в аустените никаких структурных
изменений не произойдет. Однако размер зерен аустенита бу-
дет существенно изменяться. Крупные зерна начнут как бы по-
глощать мелкие, а сами в результате этого еще больше выра-
стут. Наконец, при определенной температуре, которая назы-
вается температурой начала плавления или точкой солидуса,
начнется плавление зерен аустенита. Слово «солидус» по-ла-
тыни означает твердый. При температуре ниже этой точки
сталь — твердая, а выше ее сталь начинает плавиться. Про-
цесс плавления заканчивается при температуре, которая назы-
вается температурой конца плавления, по-другому эта темпе-
ратура называется точкой ликвидуса. «Ликвидус» по-латы-
ни означает жидкий. При повышении температуры до точки
ликвидуса вся сталь окажется в жидком расплавленном состоя-
нии. Для каждой стали существует своя определенная и посто-
янная точка солидуса и ликвидуса.
ДИАГРАММА СОСТОЯНИЯ И КАК ЕЮ ПОЛЬЗОВАТЬСЯ
Все изменения структуры, которые происходят при нагреве
или охлаждении стали, можно изобразить на одном рисунке. Та-
кой рисунок называется диаграммой состояния. Эта диаграмма
строится довольно просто. Возьмем целый ряд сталей, напри-
мер 10, 20, 30, 40, 50 и т. д. Проведем горизонтальную линию и
нанесем на ней точки, обозначающие процентное содержание
углерода в сталях (фиг. 9, а). Первая точка будет 0,1% (столь-
ко содержит сталь 10), вторая—0,2%, третья—0,3% и т. д. От
каждой точки вверх проведем вертикальные линии, а на них от-
метим для каждой стали температурные точки: А3, солидус
(точка С) и ликвидус (точка L). Теперь плавной линией соеди-
ним все одноименные точки. Диаграмма состояния для сплава
железа с углеродом, т. е. для углеродистой стали, готова. Она
показана на фиг. 9, б только без вертикальных линий, чтобы не
затемнять чертежа. На диаграмме условно изображены структу-
ры, которые получаются в различных ее областях при нагреве
или охлаждении.
Сталь, содержащая 0,8%С, называется эвтектоидной.
Стали, лежащие левее точки S (0,8% С), называются доэвтек-
т о и д ны м и, правее — з а эвте кто и д ным и.
Для примера рассмотрим превращения, которые произойдут
в доэвтектоидной стали марки 45 при нагреве от комнатной тем-
пературы (линия MN). В исходном состоянии структура такой
стали состоит из феррита и перлита. Нагрев до температуры 723°
(точка Aj—на горизонтальной линии PSK), как мы теперь уже
знаем, не вызовет никаких изменений в структуре. При дости-
жении температуры 723° перлит превратится в аустенит. Даль-
25
ше, при подъеме температуры от At до А3 (для данной стали
Лз— это примерно 780°) феррит растворится в аустените. За-
тем вплоть до точки солидуса С (примерно 1420°) будет проис-
ходить непрерывный рост зерен аустенита, а затем начнется их
оплавление. Наконец, при достижении температуры в точке L
на линии ликвидуса (примерно 1480°) вся сталь расплавится.
Еще один пример. Рассмотрим, какие превращения будут
происходить в заэвтектоидной стали марки У10 при ее нагре-
Содержание углерода, 7. ^ЭЖидкость Е23/)устенит&3 Перлит
й)	E'.l/iPMPumuml i Феррит б)
Фиг. 9. Диаграмма состояния железо — углерод.
вапии. Исходную структуру такой стали мы уже знаем: это
перлит с участками цементита. Как и в предыдущем примере,
при нагреве до 723° никаких изменений в структуре не будет.
По достижении этой температуры перлит также перейдет в
аустенит. По диаграмме видно, что точка Л3 для данной стали
примерно равна 800°. При подъеме температуры от 723 до 800°
весь цементит растворится в аустените. Дальнейший нагрев,
как и в предыдущем случае, приведет к росту зерен аустенита.
Начало плавления легко определить по точке пересечения вер-
тикальной прямой с линией солидуса. Это будет примерно 1245°.
Наконец, полное расплавление произойдет при температуре
около 1460° (точка на линии ликвидуса).
Точно так же, пользуясь диаграммой, можно проследить,
какие изменения произойдут в стали при ее охлаждении. Здесь
следует сказать, что зерна аустенита при нагреве растут, но
при охлаждении они не уменьшаются, а остаются такой же ве-
личины, какой они достигли при нагреве. Нужно заметить, что
26
все сказанное о диаграмме состояния действительно только при
медленном изменении температуры.
Диаграмма позволяет для стали с любым содержанием угле-
рода определить все структурные изменения, которые будут
происходить при нагреве. Но это еще не все и даже не главное.
Главное то, что по диаграмме можно определить температуры
нагрева сталей при различных видах ее термической обработки,
а также ковки, штамповки и прокатки. Но к этому мы вернемся
несколько позже.
ЧЕМ ОБЪЯСНЯЕТСЯ ВЫСОКАЯ ПРОЧНОСТЬ СТАЛИ
Почему сталь после закалки приобретает высокую твердость
и прочность? В чем кроется причина этого? Иначе говоря, како-
ва природа прочности стали? Прежде чем ответить на этот во-
прос, нужно познакомиться с основными понятиями, характери-
зующими прочность стали.
Деформацией называется всякое изменение формы под
действием внешних сил. Различают два вида деформаций: упру- . ‘
гую и пластическую. Упругой называется такая деформация,
которая исчезает после прекращения действия сил, вызвавших 1
ее. Можно изогнуть дугой стальную линейку, но стоит только .
отпустить ее, и она вновь выпрямится. Пластической назы- -J
вается такая деформация, которая остается после прекращения
действия сил, первоначальная форма тела уже не восстанавли-	'
вается. Гвоздь под ударом молотка может согнуться, однако сам
он уже не разогнется. Это пластическая или, как ее назы-
вают, остаточная деформация.
Пластичностью называется способность металла изменять
свою форму под действием внешних сил, но без разрушения.
Когда кузнец кует металл, он использует свойство пластично-
сти. Разогрев стали до высокой температуры обеспечивает мак-
симальную пластичность.
Упругие деформации по величине обычно очень невелики.
Например, шток поршня парового цилиндра длиной 1 м может
в работе упруго растянуться только на 0,3—0,5 мм. Пластиче-
ские деформации в десятки, а иногда сотни раз больше упру-
гих. Они, конечно, в работе деталей не могут быть допущены.
Теперь будет понятным, если сказать, что прочность метал-
ла— это его способность сопротивляться пластической деформа-
ции. Значит, для того чтобы повысить прочность, нужно знать,
от чего зависит сопротивление пластической деформации и как
она происходит. Вначале рассмотрим, как происходит деформа-
ция на примере отдельного кристалла.
Предположим, что к торцам кристалла приложены растяги-
вающие усилия (фиг. 10, а). В какой-то момент в кристалле воз-
никнут отдельные слои — блоки, и затем эти блоки начнут
27
скользить один по другому (фиг. 10,6). Точными исследования-
ми установлено, что скольжение происходит по атомным пло-
скостям. Но при скольжении атомы, расположенные на этих
плоскостях, сдвигаются из своего нормального положения. В ре-
зультате этого атомная решетка на границах смежных блоков
утрачивает свое правильное строение, т. ё. искажается. Это тор-
мозит дальнейшее скольжение и препятствует пластической де-
формации. Значит, чтобы вызвать дальнейшую деформацию,
требуется приложить большие усилия. Таким образом, как это
ни странно на первый взгляд, искажение атомной решетки по-
вышает сопротивление кристалла
деформации, а следовательно, по-
вышает его прочность.
Фиг, 11. Схема деформации
поликристалла:
а — исходное состояние;
б — после деформации.
Теперь посмотрим, как происходит деформация, если воз-
действовать не на отдельный кристалл, а на образец металла,
состоящий из большого множества кристаллитов. Такой обра-
зец называют поликристаллическим («поли» по-гречески озна-
чает много). Итак, к образцу приложим с торцов растягиваю-
щие силы (фиг. 11). Очевидно, в каждом из его зерен может
повториться картина сдвигов, описанная раньше для одного кри-
сталла. Кроме того, зерна, вытягиваясь, будут скользить одно
по другому. Это вызовет дополнительное искажение атомной
решетки по границам зерен, а в результате — общее упрочне-
ние металла.
Итак, искажение атомной решетки затрудняет в зернах
сдвиги (скольжение блоков), а значит, повышает сопротивление
металла деформации, повышает в конечном счете его прочность.
Теперь нетрудно понять, почему закаленная сталь имеет вы-
сокую прочность. Вспомним, что при обычной температуре угле-
28
род почти не растворяется в железе, а при повышенной, когда
мы имеем структуру аустенита, растворимость доходит до 2%.
При медленном охлаждении раскаленной до аустенитного со-
стояния стали углерод постепенно выйдет из раствора. В ре-
зультате этого при полном охлаждении получится исходная
структура, какая была перед нагревом.
Совершенно иная картина будет при быстром охлаждении,
например при закалке в воде. Углерод не успеет выйти из рас-
твора, так как температура резко снизилась, а при понижен-
ной температуре атомы его не обладают достаточной подвиж-
ностью. Таким образом, углерод как бы застрянет в атомной
решетке железа. Но мы уже знаем, что решетка эта при пони-
жении температуры перестраивается так, что атомам углерода
в ней делается тесно. Получается как бы «насильственный»
твердый раствор углерода в железе. Такая структура имеет на-
звание мартенсит. Насильственно задержанные в решетке
железа атомы углерода «распирают» ее, искажают правильное
расположение атомов в ней. Такое искажение атомной решетки
происходит не по отдельным плоскостям, как при деформации
кристаллов, а по всему объему металла. В результате этого
сдвиги в атомной решетке делаются очень затруднительными,
и металл оказывает большое сопротивление деформации, что
и проявляется в значительном повышении его прочности и твер-
дости.
Ясно, что чем больше в стали углерода, тем больше его ока-
жется «насильственно» растворенным при закалке, тем больше
будет искажений в решетке и тем выше, наконец, будет проч-
ность. Этим и объясняется высокая прочность стали, закаленной
на мартенсит.
Но как объяснить высокую прочность стали, когда в ней от-
сутствует мартенсит (например, после закалки и высокого от-
пуска)? Чем объяснить, что мелкозернистая структура в стали
обеспечивает более высокую прочность, чем крупнозернистая?
Рассмотрим знакомую нам структуру перлита. Она состоит
из феррита и цементита. Так как цементит хрупок и совершен-
но непластичен, то деформация может происходить только в ре-
зультате сдвигов в зернах феррита. В местах залегания частиц
цементита атомная решетка ферритных зерен будет искажена.
Это, как известно, затрудняет деформацию. Теперь сравним две
перлитные структуры: одну — мелкозернистую, или, как ее на-
зывают, мелкодисперсную (фиг. 12, а см. в конце книги),
и другую — крупнозернистую (фиг. 12, б). Они отличаются ве-
личиной зерен цементита. Ясно, что в первой структуре будет
больше мест искажений решетки вокруг мелких зерен цементи-
та. И значит, такая структура будет больше сопротивляться
сдвигам, т. е. обладает большей прочностью. К этому можно до-
бавить, что частички цементита, действуя, как шипы, препятст-
29
вуют сдвигам и взаимному перемещению зерен, а чем эти шипы
мельче, тем их больше и тем сильнее их упрочняющее действие.
Но как тогда объяснить повышенную прочность мелкозерни-
стой стали с низким содержанием углерода, где перлит, а зна-
чит, и цементит, входящий в его состав, почти отсутствует?
Очень просто: атомная решетка по границам зерен всегда иска-
жена. Это, как мы уже знаем, является результатом самого воз-
никновения, роста и взаимного давления зерен. А чем мельче
зерна, тем больше общая протяженность их границ, тем -больше
мест искажений, тем больше их упрочняющее действие в конеч-
ном итоге.
По этой причине при холодной штамповке низкоуглеродистой
стали методом вытяжки не следует применять мелкозернистую
сталь. Это потребует больших усилий для вытяжки, в то время
как пластичность стали понижена. В результате вытяжки в ста-
ли возникнут надрывы и трещины.
Мы убедились, что прочность металла зависит от его сопро-
тивления пластической деформации. Разные металлы оказывают
различное сопротивление и потому имеют различную прочность.
Чтобы можно было сравнивать прочностные свойства металлов,
пользуются показателем предела прочности, который устанав-
ливается при испытании стандартных образцов (см. стр. 182).
Однако сопротивление металла деформации неполностью
характеризует прочность. Оказывается, что прочность бывает
различной при медленном и быстром (ударном) действии на-
грузки. В быту мы нередко пользуемся этим. Так, если нам не
удается сломать палку, перегибая ее через колено, то мы, не за-
думываясь, производим резкий удар о колено, и палка перела-
мывается. Или, например, если нужно разорвать веревку, то мы
это делаем не простым натяжением, а резким рывком.
Способность металла выдерживать без разрушения резкую
ударную нагрузку называется ударной вязкостью. Но
при ударном воздействии нагрузки пластическая деформация
почти не происходит. Как же тогда объяснить влияние величи-
ны зерна на сопротивление ударной нагрузке?
Хорошо известно, что, например, при перегреве стали зерна
сильно увеличиваются, и это ведет к снижению ударного сопро-
тивления. Все дело в том, что при обычной температуре, хотя в
стали уже и не будет аустенита, получающиеся структуры —
перлит, мартенсит и т. д. образуются в пределах бывших зерен
аустенита (фиг. 13 см. в конце книги).
Если границы зерен ослаблены, например, перегревом, то
разрушение при ударе происходит по этим границам. Чем круп-
нее зерно аустенита, тем меньше протяженность границ между
зернами и тем меньше сопротивление ударной натрузке
(фиг. 14).
Но даже если границы зерен не ослаблены и разрушение от
30
удара происходит по самим зернам, то металл с мелкозернистой
структурой окажет большее сопротивление ударной нагрузке,
так как распространение трещины разрушения будет более
Затруднено на границах зерен.
Из всего этого можно заключить, что детали, работающие в
условиях резких ударных нагрузок (коленчатые валы, шатуны,
Фиг. 14. Схема разрушения при мелкозернистой (а)
крупнозернистой (б) структурах.
штоки и др.), должны обладать не только высокой прочностью,
но и высокой ударной вязкостью.
Теперь мы знаем, как и почему структура металла влияет на
его свойства. Но как получить требуемую структуру, как обес-
печить нужные свойства? Для этого применяют различные виды
термической обработки: закалку, отпуск, отжиг и др. Что же
происходит со сталью при различных процессах термической об-
работки?
Для того чтобы понять, зачем при закалке нужен нагрев до
определенной температуры и зачем нужно быстрое охлаждение,
попробуем разобраться в сущности процесса закалки.
Мы уже знаем, что если получить «насильственный» твердый
.раствор углерода в железе, то сталь приобретает высокую твер-
дость. Итак, нужно, чтобы весь углерод, который в сырой стали
находится в виде цементита, перешел в раствор. Это возможно,
если сталь перевести в аустенитное состояние, так как мы зна-
ем, что в аустените растворяется до 2% углерода (а больше его
в стали и не бывает).
Для получения структуры аустенита сталь нужно нагреть.
До какой же температуры производить нагрев? Чтобы правиль-
но ответить на этот вопрос, нужно отдельно рассмотреть доэв-
тектоидные и заэвтектоидные стали.
В доэвтектоидных сталях для получения структуры аусте-
нита необходим нагрев выше точки А3, т. е. выше линий GS
(см. фиг. 9). Насколько выше надо греть? Ведь при слишком
высоком нагреве может получиться перегрев. Вполне достаточно
превысить точку А3 на 30—50°. Даже если мы неточно знаем
содержание углерода в стали, а значит, не сможем по диаграм-
ме точно определить точку А3, такое превышение всегда гаран-
тирует нам получение аустенитной структуры.
Иначе обстоит дело с заэвтектоидными, т. е. высокоуглеро-
дистыми сталями. Здесь достаточен нагрев до температуры вы-
ше точки Ai (т. е, выше линии PSK) на 30—50°. Правда, при
этом не получится структура чистого аустенита: наряду с ним
будет и цементит. Но это не только не помешает закалке, но на-
против — улучшит ее. В самом деле: если бы мы захотели и
в заэвтектоидной стали получить чистый аустенит, то ее нужно
было бы нагреть выше точки А3 для растворения цементита.
:32
Но этого как раз и не следует, так как, во-первых, при наличии
цементита закаленная сталь будет иметь более высокую твер-
дость и износостойкость, а во-вторых, при нагреве выше Аз в
заэвтектоидной стали становится опасным перегрев. Точку Аг
для заэвтектоидных сталей обозначают А ст.
Таким образом, наилучшая температура нагрева под закал-
ку будет для доэвтектоидной стали А3+ (30-4-50°), для заэвтек-
тоидной А1 + (304-50°). На фиг, 15 наглядно изображен тем*
- Фиг. 15. Температурный интервал нагрева углеродистых сталей
при закалке.
пературный интервал нагрева под закалку для углеродистых
сталей.
Итак, нагревом под закалку мы достигнем перехода в твер-1
дый раствор всего или почти всего углерода. Задача теперь за-
ключается в том, чтобы при охлаждении до комнатной темпера-
туры удержать его, не дать ему выйти из раствора. Это и дости-
гается быстрым охлаждением: атомы углерода при комнатной
температуре не обладают достаточной энергией и подвижно
стью, чтобы выйти из решетки железа, хотя она уже и пере-
строилась так, что углероду в ней тесно.
Все дело в том, что аустенитная структура очень неустойчи-
ва. Так, если взять сталь с 0,9% углерода, нагреть ее до аусте-
нитного состояния, а затем быстро охладить до температуры
700°, то не пройдет и минуты, как начнется распад аустенита и
превращение его в перлит.
Если и дальше поддерживать постоянную температуру 700°,
33 Заказ № 402
3»
то этот распад будет длиться примерно 8—9 мин., после чего
весь углерод выйдет из раствора, а аустенит полностью перейдет
в перлитную структуру. Это так называемый изотермиче-
ский распад аустенита, т. е. превращение его в перлит при по-
стоянной температуре («изо» по-гречески означает одинаковый).
Если теперь проследить за таким же превращением аустени-
та при температуре 600°, то окажется, что оно начнется через
ти мгновенно и закончится полностью через 4—5 сек. Но уже
при 400° картина опять меняется: начало распада—через
10 сек., а конец — через 2,5—3 мин. Это и понятно: если резким
охлаждением удалось сохранить аустенит до такой сравнитель-
но низкой температуры, то он и дальше будет более устойчив, так
как атомы углерода при этой температуре уже утратили свою
подвижность и не имеют достаточного количества энергии, что-
бы вырваться из решетки железа, и, кроме того, сама эта решет-
ка не может сразу перестроиться из аустенитной в ферритную.
Все это станет более понятным и наглядным, если сказанное
изобразить графически (фиг. 16). На горизонтальной оси отло-
жено время в секундах, на вертикальной — температура. Про-
ведем горизонтальные линии на уровне 700, 600, 500, 400, 300,
200°. Нанесем на них точки: Н — начало распада и К — конец
распада аустенита для каждой температуры. А теперь соеди-
ним плавными кривыми одноименные точки. Мы получим хоро-
шо известную веем металловедам С-о б р а з й у ю кривую. Вид-
но, что в интервале температур 550—600° аустенит наименее
34
устойчив, и не проходит и секунды, как начинается его распад.
Очевидно, чтобы предотвратить этот распад, охлаждение надо
вести с такой скоростью, чтобы опасный интервал проскочить
быстрее чем за одну секунду. Эта скорость снижения темпера-
туры для углеродистых сталей примерно равна 150° в секунду.
Она достигается при охлаждении в воде.
Скорость охлаждения стали после прохождения опасного
интервала уже менее существенна. В самом деле, по тому же
Фиг. 17. Выбор скорости охлаждения при закалке.
графику видим, что уже при температуре 300° начало распада
аустенита наступает только спустя более чем 2 мин.
Таким образом, путем быстрого охлаждения, т. е. закалки,
мы достигаем такого переохлаждения аустенита, при котором
углерод уже не может выйти из раствора. Такая структура пере-
охлажденного аустенита, которая представляет собой насильст-
венный твердый раствор углерода в железе, как мы уже знаем,
носит название мартенсит.
Очень важно знать, что для данной стали, независимо от
скорости охлаждения, мартенсит начинает образовываться все-
гда при одной и той же температуре. Это так называемая мар-
тенситная точка. Она обозначается буквой Мн. Например, вста-
ли У10 эта точка равна 200°.
Хотя само превращение аустенита в мартенсит совершается
почти мгновенно, но оно происходит не сразу по всему объему.
Поэтому, для того чтобы весь аустенит превратился в мартенсит,
3*	35
требуется некоторое время, а главное — непрерывное снижение
тйипературы. Для большинства сталей завершение мартенсит-
ного 'превращения наступает при температуре ниже 0°. А так
кай при закалке мы ведем охлаждение обычно только до ком-
натной температуры, то весь аустенит не переходит в мартенсит.
Следовательно, в структуре закаленной стали, наряду с мартен-
ситом, должен быть остаточный аустенит. Правда, иног-
да его бывает так мало (при закалке среднеуглеродистых ста-
лей, например, только 2—3%), что под микроскопом его трудно
разглядеть.
Минимальная скорость охлаждения, необходимая для пере-
охлаждения аустенита до образования мартенситной структуры,
называется критической скоростью закалки.
В настоящее время имеются приборы, которые позволяют
в процессе закалки непрерывно замерять температуру образца.
Если, например, через каждую секунду отмечать на графике
температуру, а затем полученные точки соединить, то мы полу-
чим линию, которая показывает падение температуры за каж-
дую секунду времени, а это и есть скорость охлаждения
(фиг. 17). Если такая линия не пересекает С-образной кривой,
то это значит, что в процессе охлаждения не начинался распад
аустенита и что он, следовательно, был переохлажден до полу-
чения мартенсита. На графике показана линия скорости охлаж-
дения, которая не пересекает С-образную кривую, но касается
ее в опасном интервале малой устойчивости аустенита, т. е. на
уровне температур примерно 550°. Это и есть минимальная ско-
рость охлаждения, которая обеспечивает закалку, пли, как ее
назвали, критическая скорость закалки.
На графике мы видим, что при температуре начала мартен-
ситного превращения (линия.Мн) С-образная кривая ушла да-
леко вправо. Это значит, что при данной температуре (200—
300°) аустенит устойчив, а потому большой скорости охлаждения
здесь уже не требуется. Наоборот, большая скорость охлаж-
дения в момент мартенситного превращения опасна и может
привести к образованию трещин. Причина появления трещин —
внутренние напряжения, о чем будет дальше сказано подробнее.
Отсюда ясно, что для закалки желательно иметь такую охлаж-
дающую среду, которая обеспечивала бы большую скорость
охлаждения в интервале 650—550° и сравнительно малую—в
интервале 300—200°.
Если скорость охлаждения стали немного меньше критиче-
ской, то образуется уже смешанная структура из мартенсита и
очень мелкодисперсного перлита, который носит название тро-
остита. Он образуется благодаря тому, что часть углерода все
же успеет выйти из раствора в виде мельчайших частичек це-
ментита. Этот цементит вместе с ферритом и образует структу-
ру троостита.
36
Из всех структур, какие встречаются в стали, мартенсит име-
ет максимальную твердость и прочность, одндко он хрупок.
Строение мартенсита обычно игольчатое. Различить его можно
под микроскопом при увеличении не менее 400—500 (фиг. 18).
Всем термистам хорошо известно, что для закалки легирован-
ных сталей требуется меньшая скорость охлаждения, чем для
закалки углеродистых. Большая часть легированных сталей за-
каливается в масле, а некоторые стали принимают закалку даже
при охлаждении на воздухе. Это является большим преимуще-
ством легированных сталей.
Возможность закалки при меньших скоростях охлаждения
связана с тем, что в легированных сталях аустенит более устой-
чив против распада на феррит и цементит. Причина большей
устойчивости кроется в легирующих элементах. Они так же, как
и углерод, растворяются в аустените и располагаются в атомной
решетке железа. При охлаждении аустенита наступает момент,
когда атомная решетка железа должна’перестроиться и выте-
снить из раствора углерод. Однако атомы легирующих элемен-
тов, находящиеся в решетке железа, препятствуют ее перестройке
и тем самым способствуют большей устойчивости аустенита.
Большинство легирующих элементов снижает точку мартенсит-
ного превращения (Й4«) и увеличивает количество остаточного
аустенита в стали после закалки.
Под влиянием легирующих элементов повышается также
устойчивость мартенсита. Это означает, что нагрев легирован-
ных сталей не приводит к такой потере твердости и прочности,
как нагрев до той же температуры углеродистых сталей. Если
все же повышенным нагревом вызвать распад мартенсита, то
дальнейшее падение твердости будет также заторможено. И это
связано с благотворным влиянием легирующих элементов. Такие
элементы, как хром, вольфрам, молибден, ванадий, образуют
с углеродом химические соединения, называемые карбида-
м и. Как и цементит, они очень твердые и повышают твердость
и износостойкость стали. Но в отличие от цементита они при по-
вышении температуры укрупняются с большим трудом. А мы
уже знаем, что чем мельче карбиды, тем выше твердость стали.
Этим не исчерпывается положительное влияние легирующих
добавок. Все они, за исключением марганца, задерживают рост
зерна при нагреве. Наконец, легирующие элементы увеличивают
глубину закалки по сечению детали, т. е. повышают прокалива-
емость. Это очень важный вопрос и на нем следует остановить-
ся подробнее.
Прокаливаемость. Прокаливаемость — это способность стали
закаливаться на определенную глубину. Способность закали-
ваться на заданную твердость у двух образцов из различных ма-
рок сталей может быть одинаковой: оба после закалки будут
иметь одинаковую твердость поверхности, например 60 по Рок-
37
веллу. Но один из них из стали с глубокой прокаливаемостью
будет иметь ту же твердость и в сердцевине, а в другом — с ма-
лой прокаливаемостью — твердость сердцевины может остаться
такой же, как и до закалки. Значит, не следует смешивать зака-
ливаемость и прокаливаемость. Это совершенно разные техно-
логические свойства стали.
Прокаливаемость — очень важное свойство. Если деталь из
данной марки стали прокаливается насквозь, то она будет иметь
однородную структуру и одинаковые свойства по всему сечению.
Именно это и требуется для многих ответственных деталей круп-
ного сечения, например для турбинных валов. Применение угле-
родистой стали в ряде случаев ограничивается тем, что она, в
отличие от легированных сталей, имеет малую прокаливаемость.
Нетрудно пояснить, почему поверхность детали и сердцевина
закаливаются на различную твердость. Поверхность, непосред-
ственно соприкасаясь с охлаждающей средой, быстрее отдает
тепло, т. е. быстрее охлаждается. Отвод же тепла от сердцевины
затруднен толщей металла. Значит, сердцевина охлаждается
медленнее.
В углеродистых сталях это приводит к тому, что углерод
в сердцевине детали успевает выйти из раствора, а это уже, как
мы знаем, означает распад аустенита с образованием феррито-
цементитной структуры вместо желаемого мартенсита.
Очевидно, чем меньше критическая скорость закалки, тем
глубже прокаливаемость стали. В легированных сталях, как
уже говорилось, критическая скорость закалки меньше чем в
углеродистых, а значит, они должны прокаливаться на большую
глубину. Действительно, некоторые марки хромоникелевой ста-
ли имеют сквозную прокаливаемость даже в очень крупных се-
чениях и при охлаждении на воздухе.
Кроме химического состава, заметное влияние на прокали-
ваемость оказывают величина зерна стали, размер сечения дета-
ли, температура нагрева и среда охлаждения. Чем крупнее зер-
но, тем выше должна быть температура нагрева. Чем быстрее
охлаждение и чем меньше сечение детали, тем больше прокали-
ваемость.
Что следует принимать за глубину закаленной зоны? Ведь
переход от закаленной части к незакаленной постепенный. Это
в производстве нередко бывает источником недоразумений. Глу-
бину закаленной зоны детали или образца можно определить
одним из трех способов: по виду излома, по микроструктуре, по
твердости.
При определении по микроструктуре условно принято счи-
тать глубину закалки до полумартенситной зоны, т. е. до слоя,
состоящего из 50% мартенсита и 50% троостита. Твердость та-
кой структуры соответствует примерно 50 по Роквеллу. Из это-
го исходят при определении глубины закалки по твердости.
38
к ЧЕМУ ПРИВОДЯТ ЗАКАЛОЧНЫЕ НАПРЯЖЕНИЯ
Коробление и трешины при закалке — это результат одного
и того же — внутренних напряжений. Что же такое
внутренние напряжения и отчего они получаются?
Представим себе стержень, вставленный в кольцо (фиг. 19).
Разогреем стержень с кольцом до высокой температуры, азатем
холодным душем начнем со всех сторон охлаждать кольцо. При
понижении температуры металлы сжимаются, значит, кольцо
под действием охлаждения должно уменьшиться в диаметре.
Фиг. .19. Возникновение
внутренних напряжений
при закалке.
Фиг. 20. Напряжения, воз-
никающие при закалке дета-
ли с резкими переходами
сечения.
Но стержень мешает этому, так как температура его мало из-
менилась, и он сохраняет свой диаметр. Кольцо начнет давить
на стержень, сжимая его со всех сторон. В стержне возникнут
сжимающие напряжения. Кольцо в результате этого может ра-
зорваться. Значит, стержень вызывает в нем растягивающие
усилия, растягивающие напряжения.
Точно такая же картина получается при закалке деталей,
подобных валику. Наружная поверхность в виде кольцевого
слоя охлаждается быстро и уменьшается в объеме. Внутренняя
же часть валика охлаждается гораздо медленнее и играет роль
стержня, мешающего сжатию наружного кольцевого слоя. В ре-
зультате этого вначале внутренние слои металла окажутся сжа-
тыми, а наружные растянутыми. В последующий период внут-
ренние слои, охлаждаясь, уменьшатся в объеме и потянут к
центру наружные. Но металл наружной кольцевой зоны уже
остыл и утратил пластичность. Поэтому после полного охлаж-
дения в наружной зоне останутся сжимающие напряжения, а во
внутренней — растягивающие.
Растягивающие напряжения могут получиться очень боль-
шими. Это бывает при слишком резком охлаждении или при
малой теплопроводности металла, когда получается очень боль-
39
шая разница между температурой поверхности и сердцевины
детали. В таком случае напряжения могут превысить прочность
металла и вызвать разрывы в виде трещин. Все эти напряжения
действуют внутри детали, а потому и называются внутренними.
Такого же рода напряжения и трещины возникают при за-
калке детали, имеющей резкие переходы от одного сечения к
другому. Для примера посмотрим, как будет происходить за-
калка ступенчатого валика, показанного на фиг. 20. При погру-
жении в закалочную среду часть валика, имеющая меньший диа-
метр, быстро охладится и уменьшится по объему, а значит, и по
Фиг. 21. Коробление стержня при непра-
вильном погружении его в закалочную
жидкость.
Фиг.' 22. Сх^ема возникнове-
ния структурных напряже-
ний при закалке.
диаметру, как показано пунктиром. Другая часть — более мас-
сивная — будет охлаждаться, а значит, и уменьшаться в объеме
более замедленно. Поэтому в месте перехода большое сечение
будет препятствовать уменьшению диаметра малого. Иными
словами, в этом месте в малом сечении возникнут напряжения,
как бы растягивающие диаметр. Такие напряжения нередко при-
водят к трещинам.
Теперь уже нетрудно понять, как внутренние напряжения
вызывают коробление деталей при закалке. Термисты хорошо
знают, что к короблению особенно склонны детали, имеющие
малую толщину и большой диаметр или длину (кольца, шестер-
ни, стержни). Посмотрим, например, что произойдет с разогре-
тым до закалочной температуры стержнем в момент его погру-
жения в охлаждающую жидкость (фиг. 21). Нижняя часть
стержня быстро охладится и уменьшится в размерах; верхняя,
еще не погруженная в жидкость, будет препятствовать этому.
В таких условиях стержень неизбежно выгнется так, что ниж-
няя часть его будет сжатой, а верхняя, еще горячая в этот мо-
мент и потому пластичная, будет растянута. В следующий мо-
мент и верхняя часть погрузится в жидкость, охладится и долж-
на сжаться. Но это уже не распрямит стержень, так как он весь
40
охладился, потерял пластичность, и верхняя часть не сможет
пересилить изгиб, вызванный ранее нижней частью. В стержне
остались внутренние напряжения, которые и вызвали коробле-
ние.
Все сказанное относится к термическим напряжениям.
Кроме этого, при закалке возникают структурные напря-
жения. Дело в том, что различные структурные состав-
ляющие стали имеют различный удельный объем. Наи-
меньший имеет аустенит, наибольший — мартенсит. Удельный
объем перлита — средний между ними.
Рассмотрим, что произойдет при закалке валика, показанно-
го на фиг. 22. Предположим, что эта деталь из углеродистой ста-
ли и в данном сечении она прокаливается не насквозь, а только
на глубину слоя, отмеченную штриховой линией окружности.
Исходная структура перед закалкой — аустенит. После охлаж-
дения закаленная зона будет иметь структуру мартенсита, а сер-
дцевина — перлита. Объем закаленной зоны должен увеличить-
ся, однако этому препятствует сердцевина, с которой он связан.
Таким образом, препятствуя расширению, сердцевина вызовет
в закаленном слое остаточные сжимающие напряжения. В то
же время этот слой, стремясь расшириться, будет растягивать
сердцевину, вызывая в ней остаточные растягивающие напряже-
ния.
Окончательная картина распределения напряжений может
быть установлена только с учетом суммарного действия терми-
ческих и структурных напряжений. При этом надо помнить, что
наибольшую опасность представляют не сжимающие, а растя-
гивающие напряжения. Если даже эти напряжения не вызывают
грешин и коробления, они все же, оставаясь в детали, таят
в себе угрозу. Предположим, что на наружной поверхности гид-
равлического цилиндра после термообработки остались растяги-
вающие внутренние напряжения. При работе в цилиндре дейст-
вует высокое давление, которое также вызывает растягивающие
напряжения. Остаточные термические напряжения будут дейст<
вовать заодно с рабочими напряжениями, и это может приве-
сти к разрыву цилиндра. Но, как правило, закалка создает на
поверхности деталей остаточные сжимающие напряжения, и это
способствует повышению их прочности в работе.
Наконец, следует знать еще об одном виде напряжений, свя-
занных с закалкой. Это напряжения, действующие в атомной
решетке. При закалке мы насильственно удерживаем углерод в
атомной решетке железа. Углерод как бы распирает решетку,
искажая присущую ей кубическую форму ячеек, которые вытя-
гиваются и приобретают форму, известную под названием те-
трагональной. Подобную форму имеет, например, спичеч-
ная коробка. В результате, как мы уже знаем, повышается
твердость и прочность, но одновременно возрастает и. хрупкость.
41
Таким образом, закаленные детали всегда имеют внутренние
напряжения, которые снижают вязкость металла и вызывают
хрупкость.
Стремление избавиться от этих напряжений или, по крайней
мере, уменьшить их привело к таким способам закалки, как сту-
пенчатая, изотермическая и др. Рассмотрим, в чем их сущность.
СПОСОБЫ ЗАКАЛКИ, ПРЕДУПРЕЖДАЮЩИЕ
ВНУТРЕННИЕ НАПРЯЖЕНИЯ, ТРЕЩИНЫ
И КОРОБЛЕНИЕ ДЕТАЛЕЙ
ЗАКАЛКА В ДВУХ СРЕДАХ
Такой способ закалки у термистов известен под названием
«через воду в масло». Деталь охлаждают в воде с таким расче-
том, чтобы температура ее снизилась до 300—200°, а затем не-
медленно переносят в масло или кладут охлаждаться на возду-
хе. Это обеспечивает получение высокой твердости, как при
обычной закалке в воде, но зато значительно снижает термиче-
ские и структурные напряжения. В самом деле, вспомним, что
аустенит обладает высокой пластичностью, и для него не опасна
большая скорость охлаждения. При температуре 200—300° обра-
зуется мартенсит. Это структура хрупкая, и охлаждение мартен-
сита с большой скоростью может вызвать трещины. Но в этот
момент деталь находится уже в масле, где охлаждение идет с
замедленной скоростью. Допустить такую же скорость в первый
период охлаждения мы не можем, так как аустенит успеет рас-
пасться, и тогда вместо мартенсита получится перлит. Закалка
через воду в масло применяется обычно для углеродистых ста-
лей. Она обеспечивает нужную высокую твердость и в то же
время устраняет закалочные трещины и деформации. Такую
же цель имеет и ступенчатая закалка.
СТУПЕНЧАТАЯ ЗАКАЛКА
При этом способе закалки деталь вначале быстро охлажда-
ется в расплавленной соли, имеющей температуру немного вы-
ше мартенситной точки (ЛД), выдерживается для выравнива-
ния температуры по сечению, а затем охлаждается на воздухе.
Именно в этот последний период и происходит собственно за-
калка, т. е. превращение аустенита в мартенсит.
Благодаря выравниванию температуры в различных точках
детали, напряжения при такой закалке получаются еще мень-
шие, чем в случае закалки через воду в масло. Однако примене-
ние ступенчатой закалки невозможно для крупных сечений, так
как в этом случае, пока будет происходить выравнивание тем-
пературы поверхности и сердцевины, начнется распад аустеаита
42
и превращение его в перлит. Мартенсит же не получается по
той простой причине,что в расплавленной соли охлаждение идет
недостаточно быстро, чтобы удержать углерод в растворе.
ИЗОТЕРМИЧЕСКАЯ ЗАКАЛКА
При изотермической закалке, как и при ступенчатой, охлаж-
дение деталей производится в расплавленной соли до темпера-
туры несколько выше мартенситной точки, но выдержка дается
более длительная — до
полного распада аусте-
нита, который превра-
щается в троостит
игольчатого строения.
Таким образом, при
изотермической закал-
ке, в отличие от преды-
дущих способов, полу-
чается не мартенсит, а
троостит. Превраще-
ние же аустенита в
троостит происходит
более замедленно и
почти одновременно по
всему сечению. Следо-
вательно, получаются
минимальные термиче-
ские, структурные и
межатомные напряже-
ния. Это основное пре-
Фиг. 23. Охлаждение при различных
способах закалки:
а — обычная; б — в двух сретах; в — ступенчатая,
имущество изотерми-
ческой закалки. Короб-
ление деталей и зака-
ЛОЧНЫе трещины устра-	г — изотермическая.
няются. Правда, так
как мы не получаем мартенсит, то и твердость деталей будет
несколько ниже. Однако для многих деталей это не имеет су-
щественного значения, и изотермическая закалка получает сей-
час все большее распространение. На фиг. 23 схематически
показан ход охлаждения при различных способах закалки.
ПРЕРЫВИСТАЯ ЗАКАЛКА ПОВТОРНЫМ ПОГРУЖЕНИЕМ
В ряде случаев при термической обработке очень крупных
деталей закалка в воде приводит к трещинам, а закалка в мас-
ле неприемлема, т. к. не обеспечивается нужная твердость, или
требуется очень большая емкость масляного бака, и масло все
43
равно не успевает остывать. В таких случаях прибегают к очень
простому приему: деталь, разогретая до закалочной температу-
ры, погружается в воду, выдерживается некоторое время, за-
тем извлекается на воздух, после чего вновь погружается в во-
ду, и так несколько раз, пока температура детали не снизится до
100—150°.
Такой способ пригоден как для углеродистых, так и для ле-
гированных сталей. Время выдержки в воде и на воздухе зави-
сит от размеров детали и устанавливается опытным путем.
При таком способе закалки охлаждение в опасном интервале
температур, когда образуется мартенсит, происходит с замедлен-
ной скоростью, что снижает напряжения и предупреждает об-
разование трещин.
БЕЗДЕФОРМАЦИОННАЯ ЗАКАЛКА
Как мы уже знаем, деформация, т. е. коробление деталей
при закалке, может быть вызвана термическими или структур-
ными напряжениями. Термические напряжения связаны с нерав-
номерностью охлаждения или нагрева, а структурные — с раз-
личием удельных объемов разных структур. Бездеформацион-
ной называется такая закалка, при которой структура, а значит,
и структурные напряжения, регулируются таким образом, что
это не вызывает изменения объема детали. Следовательно, не
будет и деформации ее.
Достигается это двумя путями. Во-первых, при закалке нуж-
но обеспечить получение мартенсита с кубической, а не тетраго-
нальной решеткой (см. стр. 41), так как тетрагональная решет-
ка, как мы уже знаем, вызывает увеличение удельного объема
и внутренние напряжения. Во-вторых, нужно получить остаточ-
ный аустенит в таком количестве, чтобы скомпенсировать уве-
личение объема, вызванное образованием мартенситной структу-
ры. Вспомним, что исходная перед закалкой перлитная струк-
тура имеет удельный объем, средний между мартенситом и аус-
тенитом. Все это достигается повышением температуры закалки,
благодаря чему увеличивается количество остаточного аустени-
та, и замедленным охлаждением в районе мартенситного превра-
щения, что обеспечивает получение ненапряженного кубическо-
го мартенсита, так как углерод при этом успевает частично вый-
ти из раствора. Практически для каждой марки стали режим
бездеформационной закалки устанавливается опытным путем.
Например, для стали У12 режим бездеформационной закалки
сводится к следующему: закалка с 830° в селитру с температу-
рой 175°, выдержка в ней 2—5 мин., перенос в ванну с темпера-
турой 200°, выдержка 30 мин. и медленное охлаждение в ванне
до комнатной температуры. Обычная же закалка производится
с 770° через воду в масло.
44
Таким образом, мы видим, что цель любой закалки по суще-
ству всегда одна и та же — повысить прочность и твердость де-
талей, а различные способы осуществления этой операции при-
меняются для того, чтобы уменьшить неприятные последствия
закалки — внутренние напряжения, коробление и трещины.
И все же полностью устранить внутренние напряжения при за-
калке не удается, и детали непосредственно после закалки полу-
чаются хрупкими. Поэтому в подавляющем большинстве слу-
чаев после закалки производится отпуск.
Само название этой операции говорит о том, что она приме-
няется для отпуска металла из напряженного состояния после
закалки. Цель отпуска — снижение хрупкости путем устранения
внутренних напряжений, а также повышение вязкости в резуль-
тате снижения твердости стали.
В зависимости от температуры отпуск бывает трех видов,
низкий, средний и высокий. Наиболее часто в практике применя-
ют низкий и высокий отпуск. При любом отпуске нагрев про-
изводится ниже критической точки Ль
Низкий отпуск производят в интервале температур
150—200°. При этом происходит частичное снятие внутренних на-
пряжений в атомной решетке, которая из тетрагональной вновь
становится кубической. Никаких видимых изменений в структу-
ре мартенсита не наблюдается. Твердость почти не изменяется,
но хрупкость понижается. Мартенсит, полученный после такого
отпуска, называют отпущенным. Низкий отпуск применяется во
всех случаях, когда требуется сохранить высокую твердость
и износостойкость, полученные в результате закалки. Напри-
мер, для режущего инструмента, штампов холодной штам-
повки и т. п.
Средний отпуск производят при температуре 350—
500°. При этом происходит не только снятие напряжений, но и
изменение структуры: углерод почти полностью выходит из рас-
твора, образуя очень мелкодисперсные выделения цементита
(или карбидов, если сталь легированная). По существу это
тот же перлит, только очень мелкозернистый. Эта структура, как
мы уже знаем, называется трооститом. Она отличается высоки-
ми упругими свойствами и не имеет хрупкости, присущей мар-
тенситу. Поэтому средний отпуск применяют главным образом
для рессор и пружин.
Высокий отпуск производится в интервале температур
46
500—650°. Цель такого отпуска — повысить ударную вязкость
и наиболее полно снять внутренние напряжения.
До закалки сталь имеет низкую прочность. После закалки
она становится очень прочной, но хрупкой. Закалка и высокий
отпуск придают стали наилучшую структуру и свойства. Поэто-
му сочетание закалки и высокого отпуска получило название
улучшения, а стали, подвергающиеся такой обработке, на-
зывают улучшаемыми.
При температуре высокого отпуска происходит укрупнение
ранее выделявшихся частичек цементита (или карбидов) в ре-
зультате их взаимного слияния. Образуется структура — сор-
бит. Выходит, что троостит и сорбит— это одна и та же струк-
тура, но с различной величиной частичек цементита или карби-
дов. В этом можно убедиться, взглянув на троостит и сорбит,
показанные на фиг. 24 и 25 при большом увеличении (см. в кон-
це книги). Таким образом, после высокого отпуска мы будем
иметь по всему сечению детали одинаковую структуру — сор-
бит. Исчезнут, следовательно, структурные напряжения, которые
были вызваны наличием различных структур по сечению. А тер-
мические напряжения? Они также будут устранены.
Вспомним, что в нашем стержне (см. фиг. 21) после закалки
на вогнутой стороне получились остаточные сжимающие напря-
жения. При температуре высокого отпуска они исчезнут. Чтобы
понять это, представим себе пружину, которую мы нагрузили и в
сжатом (напряженном) состоянии нагрели до температуры вы-
сокого отпуска. Если теперь снять груз — пружина не разожмет-
ся: напряжений больше нет. Они устранены действием высокой
температуры. Объясняется это тем, что при нагреве груз вызовет
пластическую деформацию в металле. Упругая деформация пру-
жины перейдет в пластическую, а если не будет упругого сопро-
тивления пружины, не будет и связанных с этим напряжений.
Исследователи установили, что высокий отпуск снимает на-
пряжения в .металле на 90—95%. Полнота снятия напряжений
зависит не только от температуры, но и от продолжительности
выдержки. Процесс укрупнения цементита или карбидов также
зависит от времени выдержки при данной температуре. Чем дли-
тельнее время, тем большее происходит укрупнение, а с этим,
как мы уже знаем, связано падение твердости. Поэтому продол-
жительность выдержки при температуре высокого отпуска для
получения заданной твердости устанавливается обычно опытным
путем, в зависимости от марки стали, размеров детали и требуе-
мой твердости.
Не приходится пояснять, почему опыт и мастерство термиста
в таких случаях незаменимы.
Не следует забывать, что быстрое охлаждение от температу-
ры 500—650° вновь может вызвать термические напряжения
в детали. Но с другой стороны, замедленное охлаждение может
47
привести в легированных сталях к отпускной хрупкости.
Это очень важный вопрос, на котором надо остановиться более
подробно.
После отпуска некоторых легированных сталей, как напри-
мер хромоникелевой, хромокремнистой и других, наблюдается,
наряду со снижением твердости неожиданное падение ударной
вязкости. Такой провал ударной вязкости происходит дважды:
первый раз при температуре 280—350° (отпускная хрупкость
I рода), второй—при 450—550° (отпускная хрупкость II рода).
Отпускную хрупкость I рода объясняют тем, что в легирован-
ной стали после закалки, как правило, имеется остаточный аус-
тенит. При указанной температуре он переходит в мартенсит,
что вызывает дополнительные внутренние напряжения, т. е. по-
вышает хрупкость. Падение ударной вязкости при отпуске в ин-
тервале 450—550° происходит более значительно и представляет
серьезную опасность, так как это резко снижает прочность де-
талей при ударной нагрузке. Поэтому, когда говорят об отпуск-
ной хрупкости, обычно имеют в виду хрупкость II рода.
Хрупкость, возникшую при отпуске в интервале температур
450—550°, можно устранить путем повторного нагрева с после-
дующим быстрым (это главное) охлаждением. Поэтому отпуск-
ную хрупкость II рода называют обратимой.
К сожалению, сегодня ученые еще не могут дать точный от-
вет, почему происходит падение ударной вязкости при отпуске во
второй зоне температур. Предполагают, что это связано ^выде-
лением из раствора при медленном охлаждении каких-то хруп-
ких соединений. Повторный же нагрев, по-видимому, вновь пе-
реводит их в раствор, а при быстром охлаждении они не успева-
ют выделиться из раствора.
Существует два способа устранения отпускной хрупкости
II рода. Первый — ускоренное охлаждение после отпуска в мас-
ле или даже в воде. Второй — применение сталей с добавками
молибдена или вольфрама. Полезно знать, что наиболее склон-
ны к отпускной хрупкости следующие стали: марганцовые, осо-
бенно с повышенным содержанием марганца (50Г2); хромистые
(45Х, ШХ15); хромоникелевые (40ХН, 20ХНЗА); хромокремни-
стые (40ХС); хромомарганцовокремнистые (ЗОХГС); марганцо-
всикремнистые (35СГ).
Отжиг — это операция термической обработки, которая
заключается в нагреве, выдержке и последующем замедленном
охлаждении стали. Отжиг может производиться для следующих
целей: 1) улучшения обрабатываемости стали на станках;
2) полного устранения внутренних напряжений; 3) подготовки
структуры стали для улучшения качества закалки; 4) устране-
ния наклепа в стали после холодной пластической деформации;
5) получения мелкозернистой структуры. Все эти разновидности
отжига отличаются в основном по температуре нагрева деталей.
УЛУЧШЕНИЕ ОБРАБАТЫВАЕМОСТИ
Обрабатываемость стали характеризуется чистотой обработ-
ки поверхности, стойкостью режущего инструмента и произво-
дительностью при резаний. При обработке деталей с высокой
твердостью резец быстро затупляется или даже выкрашивается.
Приходится работать при малых скоростях и снимать лишь тон-
кую стружку. Это, конечно, снижает производительность. Чрез-
мерно низкая твердость также затрудняет обработку. Снимае-
мая стружка получается витой, она с силой трется о резец, вы-
зывает разогрев его рабочей кромки и быструю порчу.
Для улучшения обрабатываемости углеродистых сталей про-
изводится их отжиг по различным режимам. Низкоуглеродистая
сталь нагревается до температуры Аз + (30-4-50°), т. е. до темпе-
ратуры 880—920°, и охлаждается на воздухе. Такая обработка
называется нормализацией. В низкоуглеродистой стали
нормализация обеспечивает некоторое повышение твердости за
счет снижения вязкости. Это и нужно в данном случае для улуч-
шения обрабатываемости резанием.
Стали со средним содержанием углерода (0,3—0,6%) следует
также нагревать до температуры А3-|-(30-4-50°),но охлаждаться
4 Заказ №402	49
они должны медленно с печью. Получаемая структура стали —
феррит и пластинчатый перлит. Твердость такой стали невысо-
кая, и это облегчает ее обработку. Если сталь со средним содер-
жанием углерода подвергнуть охлаждению на воздухе, то пер-
лит получится мелкодисперсным, и это уже будет затруднять ее
обработку.
Инструментальную сталь надо отжигать по особому режиму.
Обрабатываемость этой стали улучшается, когда цементит (сво-
бодный, а также входящий в состав перлита) имеет не пластин-
чатую, а зернистую форму. В самом деле: главное, что затруд-
няет ее обработку—это высокая твердость. Зернистая же фор-
ма цементита обеспечивает более низкую твердость, а значит,
улучшает обрабатываемость. Сталь нагревают, как под закалку,
до температуры Ai-|-(20-7-30o), т. е. до 740—750°, и дают при
этой температуре длительную выдержку: 5—40 часов. Затем
производят замедленное охлаждение вместе с печью до темпе-
ратуры 600—650°, дальнейшее охлаждение производят на воз-
духе. Замедленное снижение температуры в интервале 723—
600° обеспечивает образование зернистого перлита. Несоблюде-
ние указанного режима, особенно повышение температуры от-
жига, приводит к образованию не зернистого, а пластинчатого
цементита, и обработка не достигает цели.
Следует иметь в виду, что при зернистом цементите чистота
обработки поверхности получается хуже, чем при пластинчатом.
Главное, чего мы достигаем — это повышение стойкости режу-
щего инструмента, так как сталь делается более мягкой. Поэто-
му такой отжиг иногда называют см ягчающим.
СНЯТИЕ ВНУТРЕННИХ НАПРЯЖЕНИЙ
Мы уже знаем, что для снятия внутренних напряжений после
закалки применяется высокий отпуск, который одновременно
обеспечивает получение сорбитовой структуры. Для снятия на-
пряжений на отливках, поковках и сварных деталях применяет-
ся отжиг. Как и при отпуске, здесь нужна температура нагрева
500—600°, при которой под действием внутренних напряжений
возникает пластическая деформация в металле, а напряжения
благодаря этому исчезают.
Охлаждение после отжига должно быть замедленным, с пе-
чью, чтобы при остывании в стали вновь не возникли внутренние
напряжения. Для отжига отливок и поковок нагрев можно про-
изводить до 850°. Это ускорит процесс. При отжиге сварных де-
талей или конструкций нагрев до такой температуры может
вызвать деформацию даже под действием собственного веса.
Поэтому их отжиг производят при температуре 500—600° с по-
следующим осторожным замедленным охлаждением.
50
ПОДГОТОВКА СТРУКТУРЫ СТАЛИ для УЛУЧШЕНИЯ
КАЧЕСТВА ЗАКАЛКИ
В легированных сталях часто бывает необходимо предвари-
тельно подготовить структуру к закалке. С этой целью также
производится отжиг. Одной из разновидностей такого отжига
является отжиг для получения пластинчатой формы
перлита вместо зернистой. Такая подготовка может потре-
боваться для инструментальных сталей. При нагреве инструмен-
та до закалочной температуры желательно давать минимально
необходимую выдержку, чтобы избежать окисления, обезугле-
роживания и других дефектов, связанных с продолжительной
выдержкой при высокой температуре. Превращение пластинча-
того перлита в аустенит происходит быстрее, так как пластин-
чатый цементит, входящий в состав перлита, растворяется в аус-
тените быстрее, чем зернистый. Вспомним, что мы делаем, чтобы
ускорить таяние кускового сахара в чае. Мы постукиваем лож-
кой, раздробляя сахар на мелкие кусочки. Поверхность соприко-
сновения сахара сводой увеличивается, и он скорее растворяет-
ся. Пластинчатый цементит имеет поверхность, большую, чем
зернистый (зерно, близкое по форме к сфере, имеет минималь-
ную поверхность). Поэтому он быстрее растворяется в аустени-
те, а значит, при температуре закалки потребуется меньшая вы-
держка.
Но не следует при этом забывать, что инструментальная
сталь со структурой пластинчатого перлита труднее обрабаты-
вается на станках.
Кроме того, наличие пластинчатого перлита обеспечивает
более глубокую прокаливаемость. Действительно, пластин-
чатый перлит лучше растворяется в аустените, и потому меньше
остается нерастворенных частичек цементита, которые способст-
вуют распаду аустенита при охлаждении.
Предварительная подготовка инструментальной стали к за-
калке требуется в тех случаях, когда сталь имеет цементит-
н ую с е т к у. Если по границам зерен перлита имеется сетка
(фиг. 26 см. в конце книги), то после закалки это может явиться
причиной повышенной хрупкости стали. Сетка должна быть
уничтожена до закалки. Это достигается нормализацией. Произ-
водится нагрев выше А3, сетка цементита переходит в раствор, а
при последующем сравнительно быстром охлаждении на возду-
хе цементит выделяется в виде пластин и разрозненных включе-
ний, не успевая образовать сетку. Теперь сталь можно калить,
не опасаясь хрупкости.
Подготовка структуры необходима также для уничтожения
химической неоднородности стали. Неоднородность по химиче-
скому составу характерна для крупных отливок и слитков. Она
выражается в том, что содержание углерода и легирующих эле-
4»
51
ментов оказывается разным в различных участках зерна. Такая
неоднородность по химическому составу может вызвать неодно-
родность механических свойств после закалки, внутренние на-
пряжения и даже трещины.
Для устранения химической неоднородности или, как ее на-
зывают, ликвации, производят выравнивающий отжиг. Такая
операция называется гомогенизацией. Гомогенный озна-
чает однородный. Режим гомогенизирующего отжига следую-
щий: температура нагрева 1100—1200°, время выдержки в за-
висимости от размеров детали или слитка доходит до 10—15 час.
и выше; затем медленное охлаждение с печью до 200—300°.
Дальнейшее охлаждение можно производить на воздухе.
При такой высокой температуре атомы углерода и других
элементов приобретают большую подвижность и перемещаются
в места, обедненные данным элементом? Такое перемещение на-
зывается диффузией, а потому и отжиг иногда называют еще
диффузионным.
УСТРАНЕНИЕ НАКЛЕПА ПОСЛЕ ХОЛОДНОЙ
ПЛАСТИЧЕСКОЙ ДЕФОРМАЦИИ
Холодная прокатка тонких листов, волочение проволоки,
холодная штамповка деталей —все это процессы, основанные на
холодной пластической деформации, при которой, как мы уже
знаем, происходит упрочнение металла — наклеп. В наклепан-
ном металле пластичность падает, и дальнейшая обработка его,
т. е. дальнейшая пластическая деформация, делается невозмож-
ной из-за возникновения трещин. Так, например, бывает при вы-
тяжке полых изделий из листа.
Наклеп и потеря пластичности вызваны деформацией зерен,
сдвигами в них и искажениями атомной решетки. Значит, что-
бы снять наклеп и восстановить пластичность, нужно восстано-
вить первоначальную форму зерен и устранить искажения в атом-
ной решетке. Это достигается обычным отжигом или нормали-
зацией с нагревом выше температуры Аз. Но при такой сравни-
тельно высокой температуре детали покрываются окалиной, и
это затрудняет их дальнейшую обработку. Гораздо лучшие ре-
зультаты дает так называемый рекристаллизацион-
ный отжиг. Нагрев при таком отжиге вне зависимости от
марки стали производится до температуры 650—700°, т. е. ниже
точки Ai. Выдержка дается минимальная, но с учетом полного
прогрева деталей. Охлаждение — на воздухе. При такой темпе-
ратуре в холоднодеформированной стали происходит процесс
рекристаллизации. Он заключается в том, что вместо старых
зерен, вытянутых и раздробленных, с искаженной атомной ре-
шеткой, возникают новые равноосные, однородные по размерам
и свойствам зерна. При этом восстанавливаются первоначаль-
52
ная пластичность и вязкость, какие были до деформации. Так
как температура процесса сравнительно низкая, то детали поч-
ти не покрываются окалиной.
ОТЖИГ НА МЕЛКОЕ ЗЕРНО
Ранее уже говорилось о том, почему мелкозернистая струк-
тура имеет более высокие механические свойства, чем крупно-
зернистая. Крупное зерно возникает под влиянием длительной
выдержки при высокой температуре. Поэтому наиболее часто
крупнозернистая структура
наблюдается в поковках и
отливках.
Мы уже хорошо знаем,
что при нагреве стали выше
точки Аз из зерен феррита
и перлита образуются зерна
аустенита. Они, как и все
вновь образующиеся зерна,
вначале будут мелкими.
Если теперь охладить сталь,
то из мелких зерен аусте-
нита получаются мелкие же
зерна феррита и перлита.
Низкоуглеродистые стали
можно охлаждать на воз-
духе, т. е. подвергать их
нормализации. Сталь с со-
держанием углерода более
0,3—0,4% лучше охлаждать
замедленно, с печью. Это
обеспечивает более низкую
твердость, и следовательно,
лучшую обрабатываемость.
Отжиг на мелкое зерно
1200
1000
может производиться также
Диффузионный orrvKul
Иижотемпер а тарный
отжиг для снятия
внутренних напряжений
где!------—----------L_--------
0,5	0,83 /,0
Содержание углерода, К
Фиг. 27. Температура различных
видов отжига.
с целью подготовки струк-
туры к закалке. Если сталь перед закалкой была крупнозерни-
стой, то при нагреве, когда возникает аустенит, зерна его ока-
жутся неоднородными по химическому составу. Аустенитные
зерна, возникшие из ферритных, будут иметь пониженное со-
держание углерода; другие же зерна аустенита, образовавшиеся
из перлитных зерен, будут иметь больше углерода. Ясно, что
после закалки свойства детали в различных участках будут
неоднородными. Поэтому, если по тем или иным причинам де-
таль имеет крупнозернистую структуру, то перед закалкой нуж-
но произвести нормализацию, которая обеспечит получение
однородной мелкозернистой структуры.
53
На фиг. 27 показаны диаграмма железо — углерод и темпера-
турные зоны каждого из разобранных видов отжига. Основной
недостаток операции отжига — это необходимость замедленного
охлаждения с печью, а значит, большие затраты времени. Это
особенно ощутимо при отжиге легированных сталей, которые во
избежание подкалки надо охлаждать еще медленнее.
Продолжительность отжига может быть существенно (в 2—3
раза) сокращена проведением операции изотермического отжи-
га. Рассмотрим эту операцию.
ИЗОТЕРМИЧЕСКИЙ ОТЖИГ
Сталь нагревается до аустенитного состояния, т. е. выше тем-
пературы Л3 на 30—50°, затем охлаждается до температуры не-
сколько ниже Л1 (650—700°). С этой целью детали быстро пере-
носят в другую печь или ванну, имеющие такую температуру.
Далее дается выдержка, необходимая для полного превращения
аустенита в перлит. Длительность выдержки зависит от марки
стали. Конечно, надо учитывать и размеры детали. Если для
углеродистых сталей бывает достаточно нескольких минут, то
для легированных сталей иногда требуется несколько часов.
Термисты хорошо знают, что существуют легированные ста-
ли, которые не отжигаются даже при очень медленном охлаж-
дении. Это стали, имеющие в своем составе хром, никель и Дру-
гие элементы. В этих случаях изотермический отжиг является
единственным способом снижения твердости детали и улучше-
ния ее обрабатываемости.
Что значит правильно нагревать металл? Это значит нагре-
вать быстро, без брака и без потерь на окалину. Чем больше
разность температур нагревающей среды и металла, тем быстрее
происходит нагрев, тем меньше времени требуется для нагрева.
Это обеспечивает повышение производительности труда и сни-
жает производственные затраты. Однако слишком большая
скорость нагрева, как и чрезмерно резкое охлаждение, приводят
к браку — трещинам. Задача сводится к тому, чтобы устано-
вить максимально допустимую скорость нагрева и время', не-
обходимое для полного и равномерного прогрева детали. Даль-
ше мы увидим, что это не простая задача, и решить ее помогут
опыт и мастерство термиста.
Нагрев без потерь на окалину в недавнем прошлом был
лишь мечтой. Сегодня в производстве освоен уже целый ряд
способов термической обработки, при которых полностью или
почти полностью устраняется окалинообразование.
При нагреве, кроме того, нередко возникают такие дефекты,
как обезуглероживание, перегрев, коробление и др. Умелым
ведением процесса нагрева можно также избежать их появления.
ЗНАЧЕНИЕ СРЕДЫ НАГРЕВА
Среда нагрева имеет двоякое значение. Во-первых, от среды
нагрева зависит скорость передачи тепла, а следовательно, и
скорость нагрева. Хорошо известно, что передача тепла, а значит,
и нагрев в жидкости происходят гораздо быстрее, чем в атмо-
сфере газа или воздуха. Во-вторых, среда, в которой происходит
нагрев, может вызвать обезуглероживание и окисление поверх-
ности деталей, что крайне нежелательно.
При термической обработке средой нагрева могут быть как
55
Фиг. 28. Схема конвейерной печн
с защитной атмосферой.
газ, так и жидкость. Нагрев в электрических и топливных печах
происходит в атмосфере воздуха и газов. При нагреве в печах-
ваннах нагревающей средой могут быть расплавленные соли,
металлы и подогретое масло.
В массовом производстве, особенно при обработке средних
и мелких деталей, для защиты от окисления и обезуглерожива-
ния применяются печи с защитной атмосферой. Защитной на-
зывается такая атмосфера, которая не действует на металл:
не вызывает ни окисления, ни обезуглероживания. Такая атмо-
сфера получается в спе-
циальных установках. В со-
став ее входят газы: азот,
двуокись углерода, угарный
газ, метан, водород.
На фиг. 28 показана
схема печи непрерывного
действия с защитной атмо-
сферой. В такой печи удоб-
но производить отжиг мел-
ких деталей. После отжига
детали будут иметь светлую
поверхность без окалины. Поэтому и отжиг в печах с защитной
атмосферой часто называют светлым отжигом.
Детали, загруженные на ленту конвейера 1, приподнимают
асбестовые шторки 2 и поступают в нагревательную камеру
печи 3. Затем они проходят в охладительную камеру 4. Защит-
ный газ подается в нагревательную камеру, заполняет все ра-
бочее пространство и выводится через тамбуры по краям печи 5.
Далее газ отводится из цеха по трубам. Таким образом, нагрев
и охлаждение деталей происходят в атмосфере защитного газа.
Это совершенно устраняет образование окалины.
Хорошие результаты дает применение светлого отпу-
ска. Детали после такого отпуска получаются чистыми, свобод-
ными от следов окалины. Светлый отпуск производится в печах-
ваннах, содержащих смесь поваренной соли (20—40%) и каусти-
ческой соды (60—80%(). Такие ванны пригодны для отпуска при
температуре 450—700°. Верхнему пределу температур должно
соответствовать содержание поваренной соли на верхнем пре-
деле (40%). В результате светлого отпуска в щелочных ваннах
детали иногда приобретают повышенную хрупкость. Во избежа-
ние этого раскисление ванн нужно производить карбидом каль-
ция вместо желтой кровяной соли.
Печи-ванны в основном применяются для закалки, отпуска
и цианирования. Они имеют сравнительно небольшие размеры
и поэтому пригоды для обработки небольших деталей. Эти печи
имеют очень важные достоинства: быстроту и равномерность
нагрева, точность поддерживания заданной температуры, воз-
56
можность местного нагрева, отсутствие окисления при правиль-
ном ведении процесса. Если в этих печах для нагрева исполь-
зуются расплавленные соли, то их называют соляными ван-
нами. Состав соляной ванны зависит от температуры, для кото-
рой она предназначена. В табл. 1 приведены некоторые составы
соляных ванн, применяемые при нагреве под закалку.
Таблица I
Смеси солей для соляных ванн
Состав смеси, весовые %	Температура плавления, ° С	Температура применения, ° С
Поваренная соль 44 Хлористый калий 56	607	720—900
Поваренная соль 22,5 Хлористый барий 77,5	635	665—870
Поваренная соль	50 Кальцинированная сода 50	560	590-900
Хлористый барий 100 		980	1100—1300
Нагрев для отпуска производится в ваннах с расплавленной
селитрой. Такие ванны называют в производстве селитряны-
м и, хотя селитра тоже является солью.
Если при термической обработке нужно произвести закалку
или отпуск части детали, то нагрев должен осуществляться
в минимально короткое время, чтобы исключить нагрев выше
допустимой температуры остальной части детали.
Наилучшие результаты в таких случаях дает нагрев в свин-
цовой ванне. Свинец плавится при температуре 327°, а темпера-
турный интервал его практического применения 335—930°. Одна-
ко в связи с вредностью работы, а также и дефицитностью свин-
ца, его стараются заменить другими средами.
Равноценными заменителями свинца по скорости нагрева мо-
гут быть алюминиевые сплавы с 8—12% кремния .для
нагрева под отпуск, с 6—10% кремния и 5—7% железа для на-
грева под закалку. Во избежание налипания расплавленного
металла на детали их нужно перед нагревом под закалку по-
сыпать молотым мелом. Для защиты от разъедающего дей-
ствия расплава тигли и чехлы термопар нужно покрывать мело-
вой краской: 62% молотого мела, 8% жидкого стекла
и 30% воды.
57
Экономичным заменителем расплава солей для температур
800—900° может быть минерал сильвинит, который в основ-
ном состоит из солей NaCl и КС1. Температура его- плавле-
ния 700°.
Нагрев в расплавленном сильвините дает хорошие результа-
ты. Но при закалке в масле на деталях образуется тонкая короч-
ка. Однако, если в сильвинит добавить 20% каустической соды
и 2—4% цианистого натрия (соблюдая все меры предосторожно-
сти), то поверхность деталей после закалки получается совершен-
но чистой.
Масло применяется как нагревательная среда только при
низком отпуске. Нагрев в масляных ваннах при низкотемпера-
турном отпуске происходит более равномерно, чем в печах с воз-
душной средой, даже при наличии в них вентилятора. Для от-
пускных ванн можно применять цилиндровое масло: легкое —
вискозин (температура вспышки 240°) и тяжелое — вапор (тем-
пература вспышки 310°).
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ НАГРЕВА
Для операций закалки, отжига и нормализации температура
нагрева выбирается по критическим точкам. Критические точки
для углеродистой стали определяются по диаграмме состояния,
а для легированной стали выбираются по справочникам, либо
определяются в лаборатории на специальном приборе — дилато-
метре. Температуры закалки основных сталей, наиболее часто
применяемых в настоящее время, приведены в табл. 2.
Сейчас в термических цехах печи снабжены приборами, ко-
торые не только показывают температуру в печи, но и автома-
тически поддерживают ее на заданном уровне. Тем не менее
умение термиста определить температуру по цветам кале-
ния может оказаться очень полезным, например, когда вслед-
ствие неисправности или неправильной установки показание при-
бора вызывает сомнение, когда нужно установить равномерность
прогрева, чего, конечно, не укажет термопара, когда детали на-
ходятся вне печи, при закалке с подстуживанием и т. п.
Точность определения температуры по цвету каления во
многом зависит от опыта и навыка термиста. Хороший термист
этим способом может определять температуру с точностью
до +15° (табл. 3). Надо иметь в виду, что большое значение
имеет освещенность помещения: чем светлее в цехе, тем менее
ярким кажется .цвет каления.
При нагреве стальных деталей до низких температур в интер-
вале 200—300° температуру нагрева можно установить по цве-
там побежалости (табл. 4). Поверхность деталей приобре-
тает такие цвета потому, что при нагреве окисляется и покры-
вается тонкой пленкой окислов. Цвет пленки зависит от ее тол-
щины, а толщина — от температуры нагрева.
58
Таблица 2
Температура закалки конструкционных и инструментальных сталей
1 Марки стали	хемпература закалки, ° С	J Марки стали	Температура закалки, ° С	Марки стали	1емпература закалки, ° С
Конструкционные углеродистые		40ХН	820	Пружинно-рессорные	
Ст. 5; 30	860	20ХНЗ	820	65Г	830
35	850	20Х2Н4	880	50С2	870
40	840	18ХНВА	950	60С2	870
Ст. 6; 45	830	40ХНМА	850	55СГ	880
Ст. 7; 50	810	Инструментал ьные углеродистые		50ХФА	850
60	800	У 7	780	Штамповые для горячей штамповки	
Конструкщсонные легированные		У 8—У12	770	5ХНМ	840
зох	860	Инструментал ьные легированные		5ХГМ	860
40Х	850.	7X3	870	5ХНТ	840
45Х	840	8X3	860	5ХНВ	850
20ХФ	880	9ХС	850	5ХНС	860
20ХС	880	5ХВГ	870	Штамповые для холодной штамповки	
35ХС	850	X	840	Х12М	1050
40ХС	880	ХВГ	830	Х12Ф1 -	1120
20ХГ	860	ХВ5	840	ХГ	840
35ХГМ	850	Р9	1230	ЗХ2В8	1070
38ХМЮА	940	Р18	1270	4ХВ2С	980
Таблица 3
Определение температуры стали по цветам каления
Цвет каления	Температура, °C	Цвет каления	Температура, 0 С
Темно-корнчневый . . . Коричнево-красный . . Темно-красный .... Вишнево-красный . . . Красный		550—600 600—650 650—700 700—750 750—850	Светло-красный .... Оранжевый . 	 Желтый		 Ярко-желтый	 Белый 		850—950 950—1050 1050-1150 1150—1250 1250—1350
При температуре свыше 330° окисная пленка становится тол-
стой, непрозрачной, и цвета побежалости исчезают. Иногда даже
опытные термисты впадают в ошибку, пытаясь по цветам побе-
жалости на холодной детали определить, до какой температуры
она нагревалась. Дело в том, что цвет зависит от толщины
окисной пленки, а толщина от температуры и от времени. Ука-
занные в таблице цвета появляются в первые 2—3 мин. При
59
Таблица 4
Определение температуры нагрева стальных деталей
по цветам побежалости
Цвет побежалости	Температура, ° С	Цвет побежалости	Температура, ° С
Светло-желтый . . .	220	Фиолетовый		285
Желтый		240	Синий ........	300
Коричнево-желтый . . .	255	Голубовато-синий . . .	315
Красно-корнчневый .	270	Серый		330
дальнейшей выдержке, даже в условиях неизменной темпера-
туры, толщина слоя пленки возрастает, а значит, меняется и ее
цвет. Таким образом, чтобы не ошибиться, нужно определять
температуру по цветам побежалости в первый период появления
пленки на поверхности деталей.
К этому следует добавить, что указанное в таблице соответ-
ствие между цветами побежалости и температурой действитель-
* но только для углеродистых и низколегированных сталей.
Высоколегированные стали, а также цветные металлы и сплавы
обладают, как правило, большей устойчивостью против окисле-
ния, и соотношение между температурой и цветами для них
будет иное.
Для измерения невысоких температур до 600° иногда полезно
воспользоваться термоиндикаторами, которые выпускают-
ся нашей промышленностью в виде термочувствительных красок
и термокарандашей. В состав этих красок и карандашей вводят-
ся вещества, которые при достижении определенной температу-
ры меняют свой цвет. Сущность метода заключается в том, что
на поверхности детали наносится слой краски или делается
штрих карандашом. При нагревании детали в момент, когда
поверхность ее будет иметь температуру, соответствующую дан-
ному карандашу или краске, цвет их изменится. Термокаранда-
шами можно измерять температуру от 140 до 600°. Номер ка-
рандаша соответствует температуре, для которой он предназна-
чен.
СКОРОСТЬ НАГРЕВА
Нужно стремиться всегда как можно меньше времени затра-
чивать на нагрев, т. е. греть с максимальной скоростью, но толь-
ко так, чтобы не возникли трещины и в то же время был обес-
печен полный и равномерный прогрев всей детали. Чем выше
температура печи, тем быстрее идет нагрев. Так, детали, поме-
щенные в печь с температурой 1300°, нагреваются в три-четыре
раза быстрее, чем те же детали, помещенные в печь с температу-
60
рой 800 °. Скорость нагрева зависит также от среды, в которой
находятся детали. Если в свинцовой ванне для нагрева детали
потребуется 10 мин., то в соляной ванне нужно будет около полу-
часа, а в электропечи — свыше часа.
При термической обработке нагрев может быть замедленный,
обычный и скоростной. Производственный опыт и исследователь-
ские работы показали, что в большинстве случаев детали можно
загружать в печь, разогретую до рабочей температуры, т. е. про-
изводить обычный нагрев.
Замедленный нагрев необходим лишь в трех случаях: при
нагреве высоколегированных сталей; при нагреве очень крупных
деталей; при повторном нагреве закаленных деталей. Замедлен-
ный нагрев высоколегированных сталей, например быстрорежу-
щей, нужен потому, что такие стали имеют низкую теплопровод-
ность. В результате нагрев внутренних слоев сильно отстает от
наружных. Это и приводит к трещинам. Поэтому применяют
замедленный нагрев. Детали помещают в печь, и нагрев произ-
водят вместе с печью. Это требует много времени. Разновидно-
стью замедленного нагрева является ступенчатый нагрев,
при котором детали вначале нагревают в печи с более низкой
температурой, выдерживают для выравнивания температуры по
сечению, а затем переносят в другую печь для окончательного
нагрева, либо в той же печи подымают температуру до нужного
предела. Это дает экономию времени. Например, быстрорежу-
щая сталь марки Р9 вначале нагревается в печи с температурой
800—850°, а затем переносится в другую печь с закалочной тем-
пературой 1230°.
Ступенчатый нагрев применяется также для крупных дета-
лей. Он необходим потому, что в крупных деталях независимо
от их марки стали внутренние слои будут отставать по темпера-
туре от наружных.
Немного труднее понять, почему требуется замедленный
нагрев закаленных деталей. Такие детали, как правило, имеют
во внутренних слоях остаточные растягивающие напряжения.
Причину этого мы уже разбирали на стр. 39. При нагреве же
наружные слои, нагреваясь быстрее, расширяются и начинают
тянуть во все стороны еще холодные внутренние. Опять возника-
ют растягивающие напряжения, которые складываются с зака-
лочными, и это уже угрожает целости внутренних слоев, т. е.
может привести к трещинам.
С к о р о ст н ой нагрев стали при термообработке начали
применять совсем недавно. Он заключается в том, что детали
нагревают в печи, имеющей температуру на 150—250° выше тре-
буемой. Нагрев в этом случае идет значительно быстрее, и бла-
годаря этому ускоряется цикл термообработки. Для мелкозер-
нистых сталей такой перегрев не имеет существенного значения.
Опыты показали, что в стали 18ХГТ, ЗОХГТ и некоторых других
61
выдержка при повышенной температуре даже в течение несколь-
ких часов не приводит к перегреву. Однако следует твердо за-
помнить, что применение скоростного нагрева требует самой
тщательной предварительной подготовки и проверки. Недоста-
точное время выдержки не обеспечит нужной твердости по сече-
нию, а излишняя выдержка снизит ударную вязкость деталей.
Наконец, нужно учесть, что при скоростном нагреве деталь на-
гревается до более высокой температуры, а значит, при закалке
может возникнуть большее коробление, особенно если деталь
имеет сложную форму.
КАК ОПРЕДЕЛИТЬ ВРЕМЯ НАГРЕВА
Деталь или партия деталей загружены в нагревательную
печь. Сколько должно пройти времени, чтобы детали нагрелись
по всему объему до температуры, которую имеет печь?
На этот вопрос может ответить только очень опытный тер-
мист. Время нагрева зависит в основном от температуры и от
размеров и формы детали, а форма их бывает настолько разно-
образна, что никакими таблицами или расчетами это невозмож-
но точно учесть. Вопрос часто приходится решать опытным
путем. Здесь-то и должно проявиться мастерство термиста, его
умение определить тот момент, когда детали будут прогреты по
всему объему до нужной температуры.
Нужно различать время нагрева, т. е. время, за которое
поверхность детали нагревается до температуры печи (цвет де-
тали сравняется с цветом стенок печи), и время выдержки, т. е.
дополнительное время, которое необходимо для прогрева деталей
по всему сечению. Обычно время выдержки составляет 20—25%
от времени нагрева. Значит, для установления общего времени
нагрева в печи термист должен поступать так: загрузить детали
в нагретую печь, заметить время, за которое цвет детали срав-
няется с цветом стенок печи, и сделать дополнительную выдерж-
ку, равную примерно 20% от времени нагрева.
Сложнее обстоит дело при нагреве в ванной печи, когда дета-
ли погружены в жидкость и поэтому не видны. Термист должен
всегда помнить, что из двух деталей, имеющих равный вес, ско-
рее нагревается та, которая имеет большую поверхность. Так,
например, если сравнить шарик и ролик роликоподшипника, то
при равном их весе ролик нагреется быстрее: у него больше
поверхность. Кроме того, продолжительность нагрева зависит от
температуры среды, в которой происходит нагрев. Это два
очень важных обстоятельства. В приводимой ниже табл. 5
дается время нагрева в зависимости от температуры и от отно-
шения объема детали к ее поверхности.
Продолжительность нагрева зависит от типа используемого
оборудования. Так, передача тепла в соляной ванне идет
62
гораздо быстрее, чем в пламенной печи, а значит, и время, по-
требное для нагрева в ванне, будет значительно меньше. Это
наглядно видно из табл 6, в которой приведено время нагрева,
включая выдержку, при закалке и при отпуске деталей из угле-
родистой стали. Видно, что при одинаковых размерах деталей
время нагрева под закалку в соляной ванне примерно вдвое
меньше, чем в пламенной печи. При отпуске разница во времени
еще больше.
При нагреве под закалку деталей из легированной стали
указанное в таблице время должно быть увеличено на 25—40%.
Продолжительность высокого отпуска деталей из легированной
стали обычно составляет 1—3 часа.
Таблица 5
Зависимость времени нагрева деталей
в соляной ванне от температуры
и величины отношения объема деталей
к их поверхности
Отношение объема детали к ее поверхности	Продолжительность нагрева, мин, прн температуре °C		
	850	950	1050
0,5	4	3	2
1,0	15	11	7
1,5	32	22	14
Таблица 6
Продолжительность нагрева
в зависимости от сечения детали, мин.
Размер сечения, мм	Закалка		Отпуск	
	пламенная печь	соляная ванна	пламенная печь	соляная ванна
25	25	10	35	15
50	50	25	65	30
75	75	36	95	45
100	100	50	125	57
150	150	75	190	80
200	200	100	250	ПО
Продолжительность нагрева зависит также от расположения
деталей в печи. Это особенно важно для пламенных печей, где
нагрев происходит в результате теплоотдачи от газов, омывающих
детали. Если детали плотно располагаются одна к другой и ме-
шают всестороннему доступу горячих газов, то, конечно, потре-
буется большее время для их нагрева. На практике малоопытные
термисты иногда не придают большого значения тому, как рас-
полагаются детали в печи: непосредственно на поду или на под-
ставке. Это имеет большое значение в камерных топливных
печах и особенно в печах с выдвижным подом. Расположение
деталей на поду, без подставок, затрудняет доступ к деталям
горячих газов, требует большего времени, а главное, не обеспе-
чивает равномерности нагрева.
Приближенно можно считать, что при нагреве в печах на
каждый миллиметр сечения детали требуется 1 мин. Лучшие
результаты, хотя тоже очень приближенные, можно получить,
если при подсчете времени нагрева пользоваться следующими
данными (табл. 7.).
63
Таблица 7
Приближенные нормы времени нагрева изделий цилиндрической формы
Среда нагрева	Температура печи, ° С	Время нагрева I мм диаметра, сек.
Печь		600	100
Печь		800	50
Соль		800	25
Свинец		800	10
Соль			1200	6
Таблица 8
Нормы продолжительности нагрева инструмента
Группа сталей	Среда нагрева	Время нагрз		ва на I мм сечения, мин.		
		1-й подогрев	2-й подо- грев	оконча- тельный нагрев	нагрев без подогрева	нагрев с одним подогре- вам
Углеродистые	Камерная печь . . .	1,7	—	0,6—0,8	2	—
	Свинцовая ванна . .	—	—	—	0,1	—
	Соляная ванна . . .	0,33	—	0,17	0,5	__
Легированные	Камерная печь . . .	1,7	—	1,2—1,3	2,5—2,7	—
	Соляная ванна . . .	0,4—0,5	—	0,2—0,3	0,6-0,7	—
Высоколеги- рованные	Камерная печь. . .	1,7	0,8	0,4—0,5	—	2,5—2,7
	Соляная ванна . . .	0,47—0,5	0,3	0,17		0,6
Быстро- режущие	Камерная печь . . .	1,7	0,8	0,2—0,25	—	2,5—2,7
	Соляная ванна . . .	0,47—0,5	0,3	0,12	—	0,6
64
В эти нормы входит время нагрева и время выдержки. При
нагреве квадратных заготовок указанное время должно быть
увеличено в 1,5 раза, а при нагреве пластин — в 2 раза.
Вполне приемлемые для практики данные можно получить,
если расчет нагрева вести следующим образом. Определяется рас-
четный размер А. В деталях простой формы это наименьшая тол-
Фиг. 29. Расчетный размер А при определении
времени нагрева.
щина, а в деталях сложной формы это наименьший размер в мак-
симальном сечении. На фиг. 29 .приведены примеры, поясняющие,
что следует принимать за расчетный размер А.
Для камерных печей время нагрева в минутах, включая
выдержку, определяется по формуле Z=kA. Размер А здесь
ставится в мм. Величина k выбирается с учетом следующего:
Детали и инструмент простой формы, нагревае-
мые без подогрева до закалочной температуры;
детали из углеродистой стали ................ 1,0
детали из легированной стали.................1,4
инструмент из углеродистой стали ............ 1,4
Детали и инструмент сложной формы, подогрев
до 500—600°:
детали из легированной стали ................ 1,6
инструмент из углеродистой стали ............ 1,8
инструмент из легированной стали ............ 2,0
Нагрев от 5Э0—600° до окончательной
температуры:
углеродистые стали.......................0,7—0,8
легированные стали ......................1,0—1,2
Для расчета времени нагрева при термической обработке
инструмента можно пользоваться данными табл. 8. Эти данные
составлены на основе обобщенного опыта передовых заводов.
5 Заказ №402	65
Следует помнить, что все приведенные данные по расчету
времени нагрева дают более или менее приближенные резуль-
таты, которые нужно проверять на практике и в случае необхо-
димости вносить поправки.
ДЕФЕКТЫ НАГРЕВА И КАК ИЗБЕЖАТЬ ИХ ПОЯВЛЕНИЯ
ОБЕЗУГЛЕРОЖИВАНИЕ
При высокой температуре с поверхности детали выгорает
углерод. Это и называется обезуглероживанием. Чем выше
температура нагрева и длительнее выдержка, тем сильнее обез-
углероживание. Оно делается заметным, начиная с температуры
800—850°. Длительная выдержка при высокой температуре мо-
жет привести к такому обеднению поверхности углеродом, что
это вызовет существенное снижение твердости при закалке.
В этом отношении нагрев при термообработке не так опасен,
как нагрев при ковке, когда температура достигает 1250°. Если
обезуглероженный слой не снимается в стружку перед термо-
обработкой, то это, конечно, может явиться причиной понижен-
ной твердости.
Величина обезуглероженного слоя обычно не превышает
десятых долей миллиметра. Как исключение, например на
сглли 38Х1МЮА, которая очень склонна к обезуглероживанию,
глубина слоя, обедненного углеродом, может достигать 1 мм.
ОКАЛИНООБРАЗОВАНИЕ
Железо обладает способностью легко соединяться с кисло-
родом. В результате образуются окислы железа, которые покры-
вают поверхность металла в виде всем известной ржавчины.
Особенно интенсивно соединяется железо с кислородом при вы-
сокой температуре. Поверхность металла при нагреве также
покрывается окислами. Они имеют буро-серый цвет и назы-
ваются окалиной. В окалине содержится менее 30% железа,
остальное — кислород. Металл, превращаясь в окалину, по
существу сгорает. В среднем при обычном нагреве под термо-
обработку потери металла на окалину составляют 1 % от веса
детали.
Чем выше температура нагрева и длительнее выдержка, тем
толще получается слой окалины. Кроме прямой потери метал-
ла, окалинообразование вредно и нежелательно по другим при-
чинам. Окалина хотя и хрупкая, но очень твердая и при меха-
нической обработке портит инструмент. Еще хуже может
получиться, если детали не подвергаются механической обра-
ботке и после термообработки должны иметь точные размеры
би
Вследствие расхода металла на окалину размеры детали умень-
шатся, и это иногда приводит к неисправимому браку. Кроме
этого, окалина затрудняет доступ тепла к металлу, и для нагре-
ва требуется большее время.
Удаление окалины — очень трудоемкая, а иногда и очень
вредная операция. Поэтому следует стремиться предотвратить
ее образование. При обычных способах нагрева в печи совершен-
но избежать окалины невозможно, но умелым нагревом можно
значительно уменьшить ее образование. Для этого нужно, во-
первых, не допускать излишней выдержки деталей при высокой
температуре, во-вторых, по возможности не допускать в печи
окислительной атмосферы. В пламенных печах, работающих
на жидком или газовом топливе, для уменьшения окалинообра-
зования нужно отрегулировать горелки или форсунки так, чтобы
горение шло с минимальным избытком воздуха. Если пламя
форсунок светлое, прозрачное, а при работе на газе желто-
ватое, то горение идет с избытком воздуха. Если же пламя фор-
сунок коптящее, а в газовых печах голубое, то воздуха недоста-
точно. Окалины при этом получается меньше, но и -нагрев идет
замедленно, так как происходит неполное сгорание топлива.
Нужно стремиться регулировать горение так, чтобы подавать
воздуха не больше, чем это нужно для полного сжигания топ-
лива.
При нагреве в электропечах нужно следить за тем, чтобы
в печь попадало поменьше воздуха через окна, щели и различ-
ные неплотности печи. Холодный воздух стелется по поду печи,
омывая и окисляя находящийся в ней металл.
Хорошо предохраняет от окалинообразования нагрев в му-
фелях. Детали закладывают в муфель, закрывают крышкой
и обмазывают ее по контуру огнеупорной глиной. Происходит
нагрев без доступа воздуха, а значит, и окалинообразование
будет ограничено. Еще лучшие результаты получаются, если
в муфель вместе с деталями заложить маленький кусочек калия
или натрия. При нагреве эти металлы испаряются и соединяют-
ся с кислородом воздуха. В муфеле не будет свободного кисло-
рода, а значит, и окалины. Нагрев в муфелях рекомендуется
применять в основном при отжиге холодноштампованных дета-
лей. При других операциях, например при закалке, потребуется
открыть муфель, когда температура будет высокой, и это, во-
первых, приведет к образованию окалины, а во-вторых, извле-
чение деталей из муфеля будет затруднительно.
Если детали упаковать в муфель, пересыпав их чугунной
стружкой или предварительно прокаленным древесным углем, то
это защитит не только от окисления, но и от обезуглероживания
Объясняется это тем, что при высокой температуре углерод, име-
ющийся в чугунной стружке, соединяется с кислородом и дает
газ — окись углерода. Этот газ, находясь в закрытом ящике,
Фиг. 30. Предохранение фигуры
штампа от окисления и обезуг-
лероживания:
/ — штамп; 2 — изолирующая
. засыпка; 3 — обмазка.
возникнуть разъедание и
защищает детали как от окисления, так и от обезуглерожива-
ния.
При нагреве кузнечных штампов для предотвращения окис-
ления и обезуглероживания фигура штампа и зеркало засы-
паются слоем древесного угля (фиг. 30). Для защиты от окисле-
ния можно использовать также буру. Это соединение металла
бора с натрием и кислородом. В технике бура используется при
пайке, где она также предохраняет металл от окисления. Нужно
приготовить горячий раствор буры в воде и окунуть в этот
раствор детали. В дальнейшем при
нагреве в печи до высокой темпера-
туры бура оплавится и покроет
детали тонкой пленкой, которая и
предохраняет от окисления.
При умелом проведении нагрева
в соляных ваннах поверхность дета-
лей получается чистой, а если та-
кой нагрев сочетать с охлаждением
в расплавленных щелочах, то дета-
ли получаются не только чистыми,
без окалины, но даже со светлой
поверхностью. Это так называемая
светлая закалка, о чем дальше бу-
дет сказано.
Однако при отсутствии должно-
го контроля и наблюдения за рабо-
той соляной ванны на поверх-
ности нагреваемых деталей может
обезуглероживание. Разъедание час-
тично происходит под действием кислорода, который из воздуха
переходит в ванну, а частично под действием хлора, который
получается при разложении солей от высокой температуры.
В результате воздействия кислорода на детали образуется
окисел железа FeO. Этот окисел производит обезуглероживание:
он забирает с поверхности деталей углерод, который соединя-
ется с кислородом, образуя уже знакомую нам окись углерода
СО. Чтобы избежать разъедания, на поверхность разогретой
ванны забрасывают мелкодробленый древесный уголь, который
не допускает растворения кислорода воздуха в ванне. Для
предотвращения обезуглероживания нужно производить регу-
лярное (1—2 раза в смену) раскисление ванны, т. е. удаление
из нее окисла железа FeO. С этой целью в разогретую ванну
забрасывают толченый ферросилиций (1 % от веса соли в ван-
не), который связывает окисел железа в шлак, оседающий на дно
ванны.
При нагреве деталей в электропечах и топливных печах
самое действенное средство борьбы с окалиной и обезуглеро-
68
живанием — это применение защитной атмосферы, о чем уже
говорилось.
КОРОБЛЕНИЕ И ТРЕЩИНЫ
При нагреве до закалочной температуры твердость и проч-
ность металла настолько снижаются, что деталь может
прогнуться и покоробиться даже под действием собственного
веса или под тяжестью других деталей, которые лежат на ней.
Поэтому правильная укладка деталей не только обеспечивает
равномерный всесторонний нагрев, но и уменьшает их коробле-
ние. Не следует поэтому производить укладку деталей навалом,
за исключением тех случаев, когда нагрев производится в кор-
зинах. Тонкие детали удлиненной формы (оси, валики, сверла
и др.) нужно по возможности устанавливать вертикально
в приспособлениях, либо горизонтально на многоопорных под-
ставках. Детали в виде плоских колец, дисков и шайб также
лучше нагревать вертикально в специальных приспособлениях.
Трещины при нагреве могут возникнуть по двум причинам:
неравномерный нагрев и слишком большая скорость нагрева.
Равномерность нагрева устанавливается непосредственным на-
блюдением. Опыт и мастерство термиста имеют тут первосте-
пенное значение. Скорость нагрева, как уже указывалось, во
избежание трещин, должна быть ограничена лишь в опреде
ленных случаях, о чем говорилось на стр. 61.
ПЕРЕГРЕВ И ПЕРЕЖОГ
При высокой температуре, как мы уже знаем, происходит
рост зерен аустенита в результате слияния мелких зерен в бо
лее крупные. Чем выше температура и больше выдержка, тем
•сильнее происходит рост зерен. При последующем охлаждении
металла обратного явления, т. е. уменьшения размера зерен, не
происходит. Какую бы структуру ни имел металл после охлаж-
дения— закаленную, нормализованную или отожженную, все
равно последствия крупнозернистости аустенита скажутся-
металл будет иметь пониженную ударную вязкость. Излом
такого металла будет крупнокристаллическим.
Перегрев проявляется в росте зерна под действием высо-
кой температуры и в потере вследствие этого ударной вязкости.
Перегрев — исправимый брак. Если вновь произвести нагрев
металла выше критических точек, то образуется опять структу-
ра аустенита, причем, как и всякое новое кристаллическое обра-
зование, она будет мелкозернистой; дальнейшее охлаждение
можно сделать на воздухе. Таким образом, перегрев исправля-
ется нормализацией, хотя и не всегда в полной мере.
Пережог — более серьезный дефект нагрева. Он вызыва
69
ется тем, что при еще более высокой температуре, близкой
к точке плавления металла, кислород воздуха проникает между
зернами и окисляет их поверхность. Границы зерен при этом
даже оплавляются, и связь между ними теряется. На фиг. 31
показана микроструктура пережженного металла. Видны
огромные зерна и уже оплавившиеся границы между ними. При
термической обработке перегрев и пережог могут возникнуть
только по одной причине — несоблюдения режима нагрева
(фиг. 31 см. в конце книги).
Выбор охлаждающей среды при закалке — важный элемент
мастерства термиста. Мы уже знаем, что для закалки деталей
скорость охлаждения должна быть не меньше критической,
В табл. 9 приводятся скорости охлаждения деталей в некоторых
закалочных средах. Но нужно еще учитывать форму и размеры
деталей, а это уже нельзя предусмотреть таблицей. Здесь-то
и приходит на помощь опыт и мастерство. Общее правило сво-
дится к тому, что нужно стремиться выбирать наименьшую
скорость охлаждения, но так, чтобы обеспечить необходимую
твердость при закалке.
В табл. 9 приведены скорости охлаждения для двух интер-
валов температур. На стр. 36 уже указывалось, что к охлаж-
дающей среде предъявляется требование: быстрое охлаждение
Таблица 9
Скорость охлаждения в некоторых закалочных средах
Среда	Скорость охлаждения, град/сек., в интервале температур, °C	
	650-550	300-200
Вода при 18° 		600	270
ь »	>28°		500	270
»	» 50°		100	270
10%-ный раствор едкого натра в воде при 18° . .	1200	300
10%-ный раствор поваренной солн в воде при 18°	1100	300
10%-ный раствор соды в воде при 18° 		800	270
Эмульсия масла в воде		70	200
Мыльная вода	 		30	200
Минеральное машинное масло		150	30
Трансформаторное масло		120	25
71
при прохождении интервала температур 650—550° и замедлен-
ное при 300—200°. Теперь должно быть ясно, в чем преиму-
щества закалки в масле перед закалкой в воде. Вода дает
быстрое охлаждение на всем протяжении процесса, и это при-
водит к образованию трещин в интервале 200—300°, когда
аустенит переходит в мартенсит. Масло же в этом интервале
охлаждает в девять раз медленнее. Поэтому, если только масло
обеспечивает закалку на нужную твердость, его нужно предпо-
честь воде.
Применяемые наиболее часто охлаждающие жидкости по
закаливающей способности располагаются в следующем поряд-
ке: кипящая вода, масло, вода при обычной температуре, 5%-ный
раствор поваренной соли, 5%-ный раствор едкого натра. При-
менять воду с температурой ниже 15° не надо, так как это не
повышает твердости, но способствует появлению трещин. По-
этому попытки калить в ледяную воду не дают хороших резуль-
татов и свидетельствуют о недостаточной опытности термиста.
Не дает также желаемых результатов подогрев воды свыше 50°.
Главная цель — смягчение закалки, т. е. приближение закалки
в воде к закалке в масло,— не достигается. Более того, горячая
вода медленнее охлаждает в первый период при высокой темпе-
ратуре, но зато быстро — во второй период, когда образуется
мартенсит, а это может привести к трещинам от структурных
напряжений.
Иногда для усиления резкости охлаждения в воду добав-
ляют кислоту. Однако кислота, остающаяся после закалки на
деталях, разъедает их поверхность. Во избежание этого нужна
дополнительная операция — промывка деталей в содовом
растворе. Главная особенность закалки в масло по сравнению
с водой — это более умеренное и равномерное охлаждение,
особенно в самый важный момент во втором периоде охлажде-
ния, когда образуется мартенсит.
По охлаждающей способности между водой и маслом
существует большой разрыв. К сожалению, многочисленные
попытки предложить закалочные жидкости, чтобы заполнить
этот разрыв, пока остаются не совсем удачными. Например,
Таблица 10
Характеристика закалочных масел
Масло	Условная вязкость	Температура вспышки, °C	Температура " застывания, °C
Веретенное 2			2,0	165	—30
Веретенное 3 		3,0	170	—20
Веретенное ЗВ		3,0	170	-15
Машинное Л		4,0	180	—15
Машинное С		6,0	1S0	—10
Машинное СУ		7,0	200	—20
72
закалка в жидком стекле, хотя и дает меньшее коробление, чем
в воде, но не обеспечивает равномерную твердость. В табл. 10
приведена характеристика наиболее часто применяемых зака-
лочных масел.
С учетом наилучших свойств и экономичности рекоменду-
ется поименять веретенное масло 2 и веретенное ЗВ (выщело-
ченное). Однако в последнем образуются трудноудалимые
осадки, и потому при маслоохладительных системах большой
емкости применение его нежелательно. Закалочное масло
должно быть чистым, без примесей и осадка, не должно иметь
Фиг. 32. Маслоохладительная установка.
неприятного запаха. С течением времени масло в работе
утрачивает свою закаливающую способность. Это происходит
частично от окисления, а частично от разложения его под
действием высокой температуры закаливаемых деталей. Попа-
дание воды в масло, а также перемешивание его воздухом уско-
ряют старение масла. Загустевание масла и неоднородная
пониженная твердость при закалке — верные признаки того,
что оно сработалось и требует частичной или полной замены,
Температура закалочного масла должна быть в пределах от
20 до 60°. При более низкой температуре, резко повышается
вязкость масла, снижается равномерность его охлаждения
и увеличивается расход. Перегрев масла вплоть до 120—150*
практически не влияет на его охлаждающую способность, но
таит в себе серьезную опасность вспышки. Поэтому нагрев
закалочного масла выше 80—85° допускать нельзя. Перегретое
масло слегка дымится. Это опасный признак. В случае вспышки
масла бак нужно немедленно закрыть крышкой или листами
железа.
При массовом производстве, когда калится большое коли-
чество деталей, может произойти чрезмерный нагрев охлаж-
дающей жидкости. Чтобы обеспечить постоянную температуру
73
закаливающей среды, производят ее искусственное охлаждение.
С этой целью применяют несколько способов. Например,
устраивают внутри бака у стен змеевики, по которым проходит
холодная вода. Нередко применяют баки с двойными стенками,
между которыми циркулирует холодная вода.
Иногда закалочную жидкость заставляют циркулировать
в другом водяном баке, где она, проходя по трубам, охлаж-
дается снаружи водой. В крупных термических цехах для охлаж-
дения закалочного масла применяют специальные маслоохла-
дительные установки (фиг. 32). Из закалочного бака нагрев-
шееся масло подается насосом 1 в маслосборный резервуар 2,
а оттуда — в охладительный цилиндр 4. В верхней части этого
цилиндра имеется сборник 3, куда поступает охлаждающая
вода. Из сборника вода по трубкам 5 выходит в нижнюю часть
цилиндра. Масло, омывая снаружи холодные трубки, само
охлаждается. Для более полного охлаждения ставят два
цилиндра.
Большие трудности возникают при закалке массивных дета-
лей. Охлаждение в воде приводит к короблению и трещинам,
а охлаждение в масле не обеспечивает нужной твердости. За-
калка через воду в масло не всегда возможна из-за трудности
перемещения тяжелых деталей. В таких случаях рекоменду-
ется применять водо-воздушную смесь, которая подается под
давлением на нагретую деталь. Однако качество такой закалки
в большой мере зависит от личного мастерства термиста.
При проведении закалки следует придерживаться следую-
щих правил: 1) расстояние от распылителя до охлаждаемой
поверхности должно быть в среднем 500 мм; 2) давление возду-
ха— 3 атм; 3) расход воды, влияющей на интенсивность
охлаждения, должен быть установлен опытным путем в зависи-
мости от формы и размера детали; 4) расход воды 20 л!час
примерно соответствует охлаждению в масле.
При изотермической закалке охлаждающая среда должна
иметь температуру от 200 до 600°. Поэтому вода и обычное
масло в данном случае непригодны. Применяются смеси раз
личных солей и щелочей (табл. И).
Таблица 11
Закалочные среды для изотермической закалки
Состав среды	Температура плавлении, °C	Температура применения.
Чилийская селитра NaNO3		317	325—600
Калийная селитра KNO3			337	350—600
55% KNOs+45% NaNOs		218	230—550
Едкая щелочь КОН		360	400—650
Едкая щелочь NaOH .	322	350—700
30% NaOH-j-70% КОН		160	200—400
74
Нагрев в соляных ваннах в сочетании с охлаждением в рас-
плавленных щелочах, известный под названием светлой
закалки, получил большое распространение на заводах. По
верхность деталей получается светлой, чистой с серебристым
оттенком. Различают два вида светлой закалки: изотерми-
ческую, когда температура охлаждающей ванны выше мартен-
ситной точки, и горячую, когда температура ванны ниже этой
точки. Скорость охлаждения при закалке в расплаве щелочей
значительно большая, чем при закалке в селитре.
Однако нельзя забывать, что применение селитры и едкого
натра как закалочных сред ввиду их сравнительно высокой стои-
мости неэкономично. В качестве новой, более дешевой закалоч-
ной среды недавно стали применять минерал «карналит». Он по-
ставляется химической промышленностью под названием «карна-
лит обогащенный». Карналит плавится при температуре 440е.
Температурный интервал его применения 450—700°
ГЛУБОКОЕ ОХЛАЖДЕНИЕ
При обычной закалке мы производим охлаждение деталей до
комнатной температуры. В углеродистых сталях со средним со-
держанием углерода при такой закалке аустенит превращается
в мартенсит. В высокоуглеродистых и особенно в легированных
сталях не весь аустенит превращается в мартенсит. Часть аусте-
нита сохраняется. Цель глубокого охлаждения (обработки холо-
дом): превратить этот остаточный аустенит в мартенсит.
Превращение аустенита в мартенсит для большинства сталей
начинается при температуре 100—300°, а заканчивается при ми-
нус 50—минус 80°. Поэтому, если продолжить охлаждение дета-
лей ниже комнатной температуры, то мы создадим условия для
превращения остаточного аустенита в мартенсит (см. стр. 36). Это
даст повышение твердости, а также стабилизирует размеры де-
талей. Охлаждать ниже той температуры, при которой заканчи-
вается процесс превращения аустенита в мартенсит, нет никако-
го смысла. Точно так же бесполезно выдерживать детали после
того, как они достигнут температуры охлаждающей среды, ибо
дальнейшего снижения температуры уже не будет, а мартенсит
может образовываться только в условиях непрерывного охлаж-
дения. Длительность охлаждения до температуры минус 80° при-
мерно 30—45 мин.
Но нужно помнить, что обработка холодом должна произво-
диться сразу же после закалки, иначе остаточный аустенит сде-
лается устойчивым, и глубокое охлаждение ничего или почти
ничего не даст. По этой же причине обработка холодом после
отпуска не дает результатов, ибо отпуск делает устойчивым (ста-
бильным) остаточный аустенит. Однако после обработки холо-
дом для снятия напряжений отпуск нужен обязательно. Таким
75
образом, полный цикл обработки деталей будет включать закал-
ку, глубокое охлаждение и отпуск.
В основном обработка холодом применяется для некоторых
марок углеродистой и легированной инструментальной стали,
для быстрорежущей стали, а также для цементированных дета-
лей из легированных сталей. Обработкой холодом можно полу-
чить некоторое увеличение размеров детали, так как мартенсит
имеет больший объем, чем аустенит, и улучшить магнитные свой-
ства стали (аустенит, как известно, немагнитен). В результате
обработки холодом на некоторых марках стали удается получить
весьма существенное повышение твердости: 3—4R. на стали У12,
3—6 Re на ШХ15, до 10 Re на ХВГ.
Применяют несколько способов глубокого охлаждения. Са-
мый простой из них заключается в том, что в деревянный ящик,
Обитый войлоком или другой тепловой изоляцией, помещают ла-
тунный бак, а в него засыпают твердую углекислоту или, как ее
называют, сухой лед. Охлаждаемые детали укладывают сверху.
Таким способом можно достигнуть охлаждения до минус 60 —
минус 75°.
Распространенный на заводах способ охлаждения в жидком
воздухе, кислороде и азоте дает температуру до минус 180 —
минус 190°. Однако этот способ неэкономичен, да и такая низкая
температура не нужна. В массовом производстве выгоднее всего
врименять холодильные машины, работающие по такому же
принципу, как и известные всем домашние холодильники.
ПРАКТИЧЕСКИЕ ПРИЕМЫ И СПОСОБЫ ЗАКАЛКИ
При обычной закалке охлаждение производится в баках,
сваренных из листовой стали. Эти баки бывают простые и меха-
низированные. Механизированные баки (фиг. 33) ставятся у пе-
чей непрерывного действия. Нагретые детали из печи падают
в бак, в котором движется конвейерная лента. Этой лентой дета-
ли дальше выносятся из бака.
Во многих случаях, когда закаливаются детали сложной фор-
мы, склонные к короблению и трещинам, когда получается нерав-
номерная твердость, успех термообработки решает мастер-
ство термиста, его умение уложить детали на поддон или конвей-
ер с учетом того, как они должны погружаться в закалочный
бак, умение правильно удерживать и погружать деталь при ин-
дивидуальной закалке в обычный немеханизированный бак. При
этом нужно руководствоваться следующими правилами.
При погружении в жидкость раскаленной детали вокруг нее
образуется паровая рубашка, которая мешает отводу тепла, а
значит, препятствует закалке. При закалке в масло паровая ру-
башка сохраняется более устойчиво, чем при охлаждении в воде.
Чтобы .разорвать эту рубашку и улучшить тем самым доступ
78
Фиг. 33. Механизированный закалочный бак.
Фиг. 34. Приемы погружения деталей при закалке.
77
холодной закалочной жидкости к детали, нужно ее во время
охлаждения перемещать, покачивать или вращать в зависимост»
от ее формы и размеров.
При закалке в масло детали нужно /погружать быстро и пол-
ностью. При неполном погружении детали, когда имеется свобод-
ный доступ воздуха, легче происходит загорание масла.
Если деталь имеет тонкие и массивные части, то погружать
ее в закалочную жидкость нужно вначале массивной частью
Если сделать наоборот, то тонкая часть тотчас не охладится,
и это приведет к большим напряжениям в месте перехода к мае»
Фиг. 35. Струйчатая закалка.
Фиг. 36. Местная закалка
сивной части. Из этого правила бывают исключения. Если массив-
ная часть с торца имеет рабочую поверхность, где желательно
получить максимальную твердость, например кузнечная обжим*
ка, показанная на фиг. 34, а, то -погружать сначала нужно тон-
кую часть — хвостовик, иначе на рабочей части не будет получе-
на нужная твердость. Объясняется это просто: при погружении
обжимки рабочей частью вниз на торце ее будут задерживаться
пузырьки паров закалочной жидкости, и это затруднит охлажде-
ние рабочей части.
По этой же причине детали, имеющие вогнутую поверхность,
нельзя погружать этой поверхностью вниз, так как под куполом
будет создаваться паровой мешок, который задержит охлажде-
ние вогнутой поверхности и не даст ей закалиться. Теперь уже
не потребуется пояснений, если добавить, что детали с глухими
отверстиями нужно погружать так, чтобы отверстие было обра-
щено вверх.
Тонкие детали удлиненной формы (валики, сверла, протяжки)
нужно погружать строго вертикально, иначе при закалке они
изогнутся (фиг. 34, б). И здесь бывают исключения: если деталь
имеет «несимметричное сечение, как, например, в напильнике
(с одной стороны — плоскость, а с другой — полукруг), то ПО-
78
гружать ее нужно с наклоном в сторону полукруглой поверхно-
сти (фиг. 34, г). Дело в том, что полукруглая поверхность боль-
ше, чем 'плоская, а значит, отдача тепла с такой поверхности при
закалке будет больше, она сожмется и вызовет коробление. При
наклонном погружении выход пузырьков пара с этой поверхно-
сти будет затруднен, охлаждение замедлится и будет примерно
таким же, как и на плоской поверхности. Коробления не будет
Детали удлиненной формы с разными поперечными сечения-
ми следует погружать вертикально и при каждом новом сечении
делать очень короткую остановку. Это уменьшает напряжение,
коробление и предупреждает трещины.
Фиг. 37. Закалка плоских деталей.
Если деталь имеет вид тонкостенного, но сравнительно широ-
кого кольца, то ее следует погружать с помощью специальных
клещей так, чтобы ось кольца была перпендикулярна поверхно-
сти жидкости (фиг. 34,в). Так же нужно закаливать и винтовые
цилиндрические пружины.
В тех случаях, когда деталь имеет острые кромки, как напри-
мер в конической оправке, показанной на фиг. 34, д, охлаждение
этих кромок происходит настолько интенсивно, что возникают
трещины. Чтобы замедлить охлаждение в этих местах, нужно
затруднить доступ к ним охлаждающей жидкости. Этого легко
добиться, если погружать деталь на приспособлении в виде плос-
кого кольца.
При закалке деталей с отверстиями, особенно когда нужно
обеспечить высокую твердость отверстий (фильеры, глазки
матриц для выдавливания), применяется струйчатая закалка
(фиг. 35). Нагретая деталь устанавливается в приспособлении,
и на закаливаемый участок направляется струя воды. Желатель-
но подавать воду снизу. Паровой рубашки при этом не образует-
ся и обеспечивается более глубокая прокаливаемость. Если зака-
ливается большая поверхность, то подается несколько струй
При этом во избежание мягких пятен, которые могут возникнуть
79
в местах между струями, деталь надо слегка перемещать или
вращать.
Иногда отдельные места деталей нужно предохранить от за-
калки. Например, при закалке детали с отверстием, если нужно
сохранить низкую твердость в отверстии, его перед нагревом за-
бивают асбестом и замазывают огнеупорной глиной. Наружную
резьбу при необходимости можно изолировать асбестовым шну-
ром. Такая изоляция предохранит не только от закалки, но и от
окалинообразования при нагреве, что очень важно в тех случаях,
когда нужно сохранить точные размеры резьбы.
Фиг. 38. Виды клещей, применяемых при закалке.
Загеалка с подстукиванием применяется с целью снижения
содержания остаточного аустенита и уменьшения коробления.
Она заключается в том, что деталь после нагрева выше крити-
ческих точек подстуживается на воздухе на 50—100°, а затем
охлаждается в закалочной жидкости. Следовательно, закалка
здесь происходит с более низкой температуры, а это уменьшает
коробление. Высокий нагрев в данном случае необходим для по-
лучения однородной аустенитной структуры. Способ этот приго-
ден только для легированных сталей. Подстуживание углероди-
стых сталей вызовет распад аустенита, а значит, мартенсита при
закалке не получится.
Детали, которые должны иметь высокую твердость только
на рабочих местах, как, например, измерительные скобы, можно
подвергать местной закалке. Она заключается в том, что в
охлаждающую жидкость погружаются только рабочие части
детали (фиг. 36). Ясно, что коробление при этом будет наи-
меньшим.
Плоские детали, такие, как диски, шестерни, пластины, дис-
ковые фрезы и т. п., н^жно погрхжать ребром (фиг. 37). Погру-
жение таких деталей плашмя вызовет их коробление. Чтобы
83
уменьшить коробление деталей при их поштучной закалке ис-
пользуются разнообразные приспособления в виде крючков и
клещей. На фиг. 38 показаны разновидности клещей, которыми
чаще всего пользуются термисты.
В целом ряде случаев коробление деталей даже при соблюде-
нии всех предосторожностей не устраняется. Приходится прибе-
гать к закалке в штампах на специальных прессах (фиг. 39).
Фиг. 39. Закалочный пресс:
/ —закаливаемая деталь; 2—бак;
3 — цилиндры.
Нагретая до нужной темпера-
туры деталь 1 зажимается меж-
ду штампами и в таком состо-
янии погружается в закалоч-
ный бак 2. Зажатие осуществ-
ляется с помощью пневмати-
ческих цилиндров 3.
Для закалки таких дета-
лей, как кулачковые валики,
применяется специальная за-
калочная машина (фиг. 40).
Валик 1 укладывается на два
ряда опорных роликов 2, а
сверху на него опускается еще
один ряд зажимных роликов 3.
Эти ролики приводятся во вра-
Фиг. 40. Схема закалочной машины:
1 — закаливаемая деталь; 2 — опорные
ролики; 3— зажимные ролики.
щение электродвигателем и во время погружения в закалочный
бак непрерывно вращают валик.
В тех случаях, когда коробление деталей никакими мерами
при закалке устранить не удается, можно применить правку де-
талей. Однако надо учитывать, что закаленная сталь имеет зна-
чительно меньшую пластичность, и малейшая неосторожность
или небрежность при правке могут привести к образованию тре-
щин или даже к поломке детали.
Простейший, хотя и далеко не всегда пригодный способ прав-
ки — удары молотка. В тех случаях, когда требуются удары зна-
чительной силы, они не должны быть резкими. Иногда удары
6 Заказ № 402
81
носком молотка по вогнутой части дают больший эффект, чем
бойком по выпуклой. Коробление детали проверяется по плите.
Гораздо лучше выправлять покоробившиеся детали на прессе.
Такие прессы бывают ручные, механические, гидравлические
Фиг. 41. Пресс для правки.
этого сделать повторную закалку,
ния коробления.
и пневматические. Способ
правки на всех прессах
одинаков: деталь опирается
на две опоры, а посереди-
не производится нажатие
(фиг. 41).
Нередко бывают в прак-
тике случаи, когда деталь
после закалки получается
очень покоробленной, и, не-
смотря на это, рабочий пы-
тается ее выправить. Обыч-
но это приводит к трещи-
нам. Гораздо лучше произ-
вести отжиг детали, затем
выправить ее и уже после
приняв меры для уменыпе-
ДЕФЕКТЫ ЗАКАЛКИ И ИХ ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ
При закалке могут возникнуть следующие виды дефектов:
коробление, изменение размеров, трещины, пониженная твер-
дость, мягкие пятна.
КОРОБЛЕНИЕ
Коробление вызывается внутренними напряжениями. Не-
однородная крупнозернистая структура стали увеличивает
внутренние напряжения и поэтому способствует короблению.
Основные меры борьбы с короблением сводятся к следующему:
1) правильное погружение детали в закалочную жидкость;
2) закалка в штампах под прессом; 3) применение специальных
способов закалки (прерывистая, ступенчатая, изотермическая);
4) правка деталей после отпуска; 5) контроль качества стали
на однородность структуры и ликвацию.
Наряду с этим, существуют и другие действенные меры, ко-
торые не зависят от термиста, но знать о которых ему нужно.
Это прежде всего придание детали по возможности наиболее
технологичной формы без острых углов и резких переходов
и применение взамен углеродистых сталей легированных, ко-
торые можно калить в масле или на воздухе, что уменьшает
коробление.
82
ИЗМЕНЕНИЕ РАЗМЕРОВ
Изменение размеров детали при закалке может быть связа-
но с короблением. Однако даже при отсутствии его происходит
все же некоторое изменение размеров. Оно вызывается, как мы
уже знаем, тем, что превращение аустенита в мартенсит сопро-
вождается увеличением объема металла. Это, впрочем, не зна-
чит, что все размеры детали должны увеличиться. В одних слу-
чаях детали уменьшаются по длине, но увеличиваются по тол-
щине, в других наоборот — увеличивается длина детали. Обычно
это оказывается несущественным. Однако при изготовлении
точных деталей (их называют прецизионными) изменение раз-
меров должно быть установлено на опытной партии деталей
и учтено при окончательной механической обработке.
ТРЕЩИНЫ
Трещины — неисправимый брак. Они так же, как и коробле-
ние, вызываются внутренними напряжениями. Образованию тре-
щин способствует перегрев, так как он вызывает укрупнение
зерен, а это придает хруп-
кость стали. Немаловажное
значение в появлении тре-
щин имеют размеры и фор-
ма детали. Чем больше по-
перечное сечение детали,
тем больше разность темпе-
ратур у поверхности и в
центре при охлаждении, и
тем скорее образуются тре-
щины.
Чаще всего трещины воз-
никают на внутренних уг-
лах или между близко рас-
положенными выступающи-
ми частями детали (фиг. 42). фиг. 42. Закалочные трещины.
В таких случаях, когда
неблагоприятная форма детали неизбежна, для предупрежде-
ния трещин можно рекомендовать следующие меры:
1)	производить закалку с подстуживанием;
2)	применять ступенчатую или изотермическую закалку;
3)	производить охлаждение до 150—125° с немедленным по-
следующим отпуском (для массивных деталей);
4)	уменьшить резкость закалки;
5)	переходить на другой метод обработки, как, например, на
закалку токами высокой частоты.
6*
83
ПОНИЖЕННАЯ ТВЕРДОСТЬ
В основном пониженная твердость при закалке может быть
вызвана следующими причинами: недогревом, малой выдержкой,
недостаточной скоростью охлаждения и обезуглероживанием.
Недогрев. Недостаточный нагрев под закалку может произой-
ти при неравномерной температуре в печи, при неисправности
термопар, а также при неправильном выборе температуры.
Получается неполная закалка: в структуре стали, наряду с
мартенситом, будут участки феррита и перлита, что и вызывает
пониженную твердость. Возможны и такие случаи, когда нагрев
Фиг. 43. Устранение «паровэй
рубашки» при закалке.
произведен правильно, однако при
последующем переносе детали из
печи в бак допускается значитель-
ное охлаждение. Это бывает по не-
опытности термиста или при слиш-
ком отдаленном расположении
бака.
Малая выдержка. Когда поверх-
ность нагреваемых деталей достиг-
нет необходимой температуры, нуж-
на выдержка для выравнивания
температуры по сечению. Если же
выдержка недостаточна, то факти-
чески внутренние слои металла
окажутся недогретыми, а значит, не
получится и закалка. В процессе
нагрева, конечно, невозможно проконтролировать равномер-
ность нагрева по сечению. Точное выполнение режима нагрева,
проверенного на опытной партии деталей, позволяет избежать
такого брака.
Недостаточная скорость охлаждения. Скорость охлаждения
зависит от температуры закалочной среды. Если мала емкость
бака или же в баке производится закалка чрезмерно большой
партии деталей, температура закалочной жидкости повышается,
а это приводит к снижению скорости охлаждения деталей. Так,
при повышении температуры воды от 18 до 50° скорость охлаж-
дения в опасном интервале (550—650°) падает в 6 раз. В резуль-
тате критическая скорость не будет достигнута, и в структуре
стали будет не мартенсит, а троостит или даже сорбит. Твердость
окажется пониженной. Загрязнение и загустение масла также
приводят к снижению скорости охлаждения.
. Температуру закалочной жидкости нужно систематически
контролировать. Лучшее средство предупредить нагрев закалоч-
ной жидкости — это принудительное ее охлаждение в масло-
охладителях и других устройствах подобного рода. Нагрев масла
можно допускать до 60—70°, нагрев воды не более 30—40°.
84
Значительно снижает интенсивность охлаждения паровая ру-
башка, образующаяся при закалке вокруг детали. Энергичное
движение детали разрывает рубашку, но только в том случае,
если оно производится правильно. Пример правильного и непра-
вильного движения показан на фиг. 43. Пониженная твердость
при закалке — исправимый брак. Необходимо провести повтор-
ную закалку с соблюдением всех требований технологического
процесса. Но перед этим нужно убедиться, что не произошла пу-
таница в марке стали.
Обезуглероживание. О причинах появления обезуглерожен-
ного слоя уже говорилось. Такой слой совсем или почти совсем
не принимает закалку. Чтобы убедиться, что причиной понижен-
ной твердости является обезуглероживание, достаточно произве-
сти зачистку поверхности детали на глубину 0,3—0,5 мм и про-
верить твердость. Если она будет выше, чем у поверхности, это
верный признак обезуглероживания. При необходимости обез-
углероженный слой можно легко определить по микроструктуре.
МЯГКИЕ ПЯТНА
Иногда на отдельных участках детали твердость после закал-
ки получается значительно сниженной с 60—62RC до 35—45 /?с.
Это и называют мягкими пятнами или пятнистой твердостью. Та-
кой дефект может быть вызван теми же причинами, что и пони-
женная твердость всей детали (недогрев, малая скорость охлаж-
дения). Исправить такой брак можно повторной закалкой.
Пятнистая твердость может получиться также при неравно-
мерном охлаждении. Это бывает, когда детали в закалочном
баке при охлаждении касаются друг друга, или когда поверх-
ность деталей покрыта толстым и неравномерным слоем окали-
ны, которая затрудняет охлаждение.
Если нужно усилить охлаждение, в воду можно добавить -
соль или кальцинированную соду. Бывают, однако, случаи, когда
причиной пятнистой твердости является неоднородность исходной
структуры металла перед закалкой, например скопление круп-
ных участков феррита. При нагреве аустенит в этих местах бу-
дет обеднен углеродом, а значит, в результате закалки получится
не мартенсит, а троостит или сорбит. В этих местах и будут
мягкие пятна. Для устранения такого дефекта нужно перед за-
калкой выровнять структуру. Этого можно достигнуть нормали-
зацией.
Из всего сказанного видно, что часто дефекты закалки возни-
кают не по вине термиста, и важно уметь предупредить появле-
ние брака или исправить его, если это возможно. А для этого
прежде всего нужно точно установить причину, по которой про-
изошел брак. Это, конечно, может сделать только опытный тер-
мист, понимающий сущность всего, о чем здесь было сказано.
Цементация, наряду с азотированием и цианированием, отно-
сится к химико-термической обработке, т. е. к обработке, которая
производится с целью изменения химического состава и свойств
поверхностного слоя детали. При цементации происходит насы-
щение поверхности детали углеродом.
Процесс цементации применяется для деталей, от которых
требуется, наряду с общей прочностью, высокая твердость и из-
носостойкость поверхности. К таким деталям относятся шестер-
ни, втулки, кулачковые валики и т. п. детали.
Если изготовить, например, шестерню из высокоуглеродистой
стали типа У8, У10, то высокая твердость и износостойкость
зубьев в работе будет обеспечена. Но при возникновении удар-
ных нагрузок шестерня сломается. Выход один: сделать сердце-
вину шестерни с меньшей твердостью, но зато более вязкой, а по-
верхность зубьев — более твердой и износостойкой. С этой целью
для шестерен используются низкоуглеродистые стали с содержа-
нием углерода 0,1—0,2%. Этим обеспечивается более высокая
вязкость. Если нужно повысить прочность, то берется сталь с та-
ким же содержанием углерода, но легированная. Затем поверх-
ность детали насыщается углеродом, и производится закалка.
В результате поверхность закаливается на высокую твердость,
а сердцевина получается прочной и вязкой.
Толщина науглероженного слоя при цементации достигает
0,5—2,0 мм, а содержание углерода в нем 0,8—1,2%. На фиг. 44
(см. в конце книги) показана микроструктура цементированного
слоя.
Для осуществления процесса цементации применяются веще-
ства, содержащие углерод. Они называются карбюризатора-
ми (от латинского слова «карбон», что означает уголь). Карбю-
ризатор под действием высокой температуры отдает свой угле-
род, который проникает в поверхность изделия. Карбюризаторы
8S
бывают твердые (древесный уголь), жидкие (расплавленные
соли, в состав которых входит углерод) и газообразные (природ-
ный газ или продукты разложения керосина, бензола и др.).
В соответствии с этим различают три способа цементации: твер-
дую, жидкостную и газовую. Наибольшее распространение в про-
изводстве имеют твердая и газовая цементация.
ЦЕМЕНТАЦИЯ ТВЕРДЫМ КАРБЮРИЗАТОРОМ
Цементация твердым карбюризатором осуществляется сле-
дующим образом. Детали закладываются в металлический ящик
и пересыпаются карбюризатором. Ящик плотно закрывается
крышкой и для герметичности обмазывается огнеупорной гли-
ной. Как же переходит углерод в металл? В ящике всегда име-
ется немного воздуха. При высокой температуре уголь, соеди-
няясь с кислородом воздуха, дает окись углерода. Этот газ про-
ходит между кусочками угля и, подходя к поверхности металла,
разлагается. В этот момент и образуются атомы углерода, кото-
рые проникают в поверхность детали. Проникновение атомарно-
го углерода в поверхность науглероживаемых деталей носит на-
звание диффузии.
Но почему же- углерод не переходит непосредственно из
угля в металл? Все дело в том, что способностью проникать или,
как говорят, диффундировать в металл обладают элементы
только в атомарном состоянии. Именно в таком состоянии нахо-
дится углерод в короткий момент разложения окиси углерода.
Чем выше температура, тем активнее атомы углерода проникают
в поверхность металла. Процесс твердой цементации ведут при
температуре 900—920°. Продолжительность цементации зависит
от того, какой должна быть глубина цементированного слоя. Для
небольшого слоя (0,3—0,5 мм) требуется 6—8 час., для большого
(до 2,0 мм) —до 20 час. и более.
Успех цементации во многом зависит от состава и качества
карбюризатора. Практикой установлено, что наилучший карбю-
ризатор получается на основе древесного угля твердых пород
(дуб, береза). Уголь мягких пород древесины частично сгорает,
дает усадку и становится непригодным к работе. Размер зерен
угля должен быть в пределах от 3 до 10 мм. Более мелкие зерна
создают слишком плотную упаковку в ящиках, препятствуя цир-
куляции газов. Более крупный размер зерен тормозит активность
реакций, протекающих при высоких температурах. Помимо угля,
в состав карбюризатора вводится углекислый барий и углекислый
натрий (ВаСОз и NazCOs). Это ускорители процесса. Иногда до-
бавляется углекислый кальций (СаСОз). Он хотя и не влияет
на скорость цементации, но, обволакивая зерна карбюризатора,
препятствует их спеканию в процессе нагрева.
Вместо углекислого натрия и углекислого бария можно при-
87
менять ацетат натрия (CH3COONa). Активность карбюризатора
при этом возрастает, а время цементации сокращается.
При цементации на большую глубину, когда требуется дли-
тельная выдержка при высокой температуре, может произойти
нежелательная усадка карбюризатора. В таких случаях реко-
мендуется добавлять кокс, который препятствует усадке. Все со-
ставляющие части твердого карбюризатора должны быть хоро-
шо перемешаны. Для того чтобы вводимые добавки хорошо и
равномерно удерживались на зернах угля, в состав карбюриза-
тора вводят связующее вещество — патоку или мазут. На произ-
водстве для приготовления карбюризатора применяют специаль-
ные шнековые смесители. В табл. 12 приведены наиболее часто
применяемые составы твердого карбюризатора.
Таблица 12
Составы твердых карбюризаторов
Составляющие	Содержание, % (по весу)	Примечания
Древесный уголь	 Углекислый барий	 Углекислый натрий	 Углекислый кальций ..... Патока (мазут) .			74—78 12—15 1,0—1,5 3—5 4—5	Известен под названием бон- дюжского, поставляется в готовом виде
Древесный уголь		 Углекислый барий 		90 10	Приготовляется на месте
Древесный уголь	 Углекислый натрий 	 Активированный кокс	 Углекислый барий	 Углекислый кальций		90 10 85—90 10-15 3,5	Приготовляется на месте Известен под названием полу- коксоврго, поставляется в готовом виде
В табл. 12 приведены наилучшиесоставы карбюризаторов, при-
меняющиеся в промышленности, но при необходимости можно
использовать и более доступные и дешевые составы, %:
Опилки твердых пород дерева......... 92—95
Кальцинированная сода............... 5—8
или
Подсолнечная лузга.................... 95
Кальцинированная сода .............. 5
Опилки и лузга перед использованием должны быть хорошо
просушены. При умелом ведении процесса цементации можно и
на таких составах получить хорошие результаты.
Для уменьшения расхода карбюризатора цементацию ведут
на карбюризаторе, состоящем из 70—75% отработанного и
25—30% свежего. Правда, при этом содержание солей-ускорите-
лей будет меньше, чем указанное в таблице, но исследованиями
88
установлено, что это не имеет значения, так как при изменении’
их содержания от 15 до 4—5% результаты цементации почти не
меняются.
Подготовке деталей к цементации иногда не придают должно-
го значения, и это может явиться одной из причин неудачных
результатов.
Поверхность деталей должна быть чистой, без окалины, ржав-
чины, грязи и масла, иначе в этих местах будет затруднено про-
никновение в металл углерода. В необходимых случаях нужно
промывать детали или протирать их бензином. Часто даже опыт-
ные термисты не придают этому важного значения, ошибочно
считая, что при высокой температуре цементации все лишнее
обгорит и поверхность сама очистится.
Когда отдельные места детали нужно предохранять от це-
ментации, применяют различные покрытия. Наилучшие резуль-
таты дает гальваническое покрытие тонким слоем меди. Однако
этот способ дорогой и требует специального оборудования. Он
применяется в массовом производстве. Можно осуществить по-
крытие путем погружения деталей в растворы медной соли, на-
пример в купорос, однако медь при этом оседает неравномерна
и ненадежно держится на поверхности.
Можно для защиты от науглероживания производить метал-
лизацию медью или алюминием. Этот способ заключается в том,
что с помощью специальных приборов — пистолетов — произво-
дится расплавление медной или алюминиевой проволоки и вы-
брос расплавленного металла сжатым воздухом на поверхность,
детали.
Наиболее простым и доступным способом является обмазка
составом на основе глины и песка. В табл. 13 приводятся реко-
мендуемые составы.
Таблица 13-
Составы защитных обмазок при цементации
№ обмазки	Содержание, % (по весу)						
	песок	глина	бура	жидкое стекло	натриевая селитра	окись свинца	тальк
1	36	37	19				4	4		
2	41	43	10	—	3	3	—
3	—	50	—	50	—	—	—.
4	33	67	—	—	—	—.	—
5	•—	30	—	—	—	—	70
Составы 4 и 5 разводятся на жидком стекле. Обмазка нано-
сится небольшим слоем и подсушивается. Подсушку надо вести
замедленно, иначе возникнут трещины, через которые может
проникать углерод. Нужно сказать, что обмазка не дает полной;
гарантии защиты от цементации. Иногда, если это возможно, на.
8S
местах, которые не должны цементироваться, оставляют допол-
нительный припуск металла в 2—3 мм, который затем удаляет-
ся при механической обработке. Резьбу можно защитить от це-
ментации наворачиванием гайки.
Детали, подлежащие цементации, упаковывают в цемента-
ционные ящики. Мелкие детали цементируются в небольших
ящиках прямоугольной формы, а крупные в ящиках, которые
по форме наиболее близко подходят к контуру деталей. Напри-
мер, зубчатые венцы хорошо упаковывать в ящики в виде тру-
<5ы (фиг. 45). Это дает большую экономию времени, необходи-
мого для прогрева ящика.
Многолетней практикой ус-
тановлено, что для нормально-
го хода процесса в цемента-
ционном ящике должно быть
по весу .10—20% карбюризато-
ра и 80—90% деталей. Иначе
говоря, с учетом удельных ве-
сов стали (7, 8) и карбюризато-
ра (0,5) детали в ящике долж-
ны занимать 20—30% его объ-
ема.
«1>иг. 45. Цементационные ящики для
упаковки зубчатых венцов.
В то же время почти во всех
учебных руководствах и заводских инструкциях рекомендуется
при упаковке выдерживать расстояние между деталями 15—
20 мм, а от детали до стенки 20—30 мм. При упаковке деталей
усложненной формы соблюдение этих расстояний приводит к то-
му, что детали в ящике занимают лишь 10—15% его объема.
Так ли строго нужно выдерживать указанные расстояния?
Нет, расстояния эти при необходимости могут быть уменьшены
ио так, чтобы при упаковке объем, занимаемый деталями, со-
ставлял примерно 20—30% от объема ящика.
Таким образом, упаковка деталей в цементационные ящики
нередко скрывает неиспользуемый резерв производства.
Для контроля глубины слоя и качества цементации в ящики
вместе с деталями закладываются образцы — так называемые
свидетели. Марка стали и размер свидетелей должны соот-
ветствовать цементируемым деталям. На некоторых заводах
массового производства существует вредная практика, когда
проверку качества цементации производят непосредственно на
деталях, для чего приходится портить годные детали. Это не-
допустимое расточительство. Всегда можно подобрать детали
из брака по механической обработке и использовать их как сви-
детели.
После упаковки ящик плотно закрывается крышкой, а даль-
ше на различных заводах поступают по-разному. Так, на Ста-
линградском тракторном заводе, как, впрочем, на большинстве
50
других заводов, зазор между ящиками и крышкой замазывает-
ся огнеупорной глиной, чтобы воздух не проникал в ящик. На
Челябинском тракторном заводе ящики переворачивают на
180“ и устанавливают дном вверх на крышку. Этого оказывается
вполне достаточно, чтобы создать нужную герметичность. Зато
экономится время, и снижается трудоемкость операции.
Продолжительность выдержки при цементации зависит от
трех факторов: температуры процесса, состава карбюризатора,
требуемой глубины слоя. В среднем можно считать, что для по-
лучения глубины цементированного слоя 0,1 мм требуется при-
мерно 1 час. Значит, для получения слоя 1,0 мм потребуется вы-
держка 10 час.
Раньше цементацию в твердом карбюризаторе всегда произ-
водили при температуре 900°. Исследованиями установлено, что
при повышении температуры до 1000° продолжительность про-
цесса сокращается в 2,5—3 раза. Это, 'конечно, очень заманчиво,
но нельзя забывать, что при такой высокой температуре срок
службы ящиков будет ниже, а главное, при цементации на боль-
шие глубины, когда требуется длительная выдержка, может про-
изойти рост зерен и снижение ударной вязкости стали. Кроме
того, при повышении температуры активность карбюризатора
возрастает настолько, что в цементированном слое резко повы-
шается концентрация углерода и образуется нежелательная це-
ментитная сетка. Тем не менее повышение температуры процес-
са до 950—980° может быть оправдано при соблюдении следую-
щих условий:
1)	применение наследственно мелкозернистых сталей, напри-
мер стали ЗОХГТ;
2)	цементация на сравнительно небольшую глубину до
0,6—0,8 мм;
3)	применение ящиков из литой жаропрочной стали.
Можно ли регулировать содержание углерода в цементиро-
ванном слое и, в частности, как можно предотвратить чрезмер-
ное повышение концентрации углерода в нем? С этой целью был
предложен ступенчатый цикл цементации. Сущность его сводит-
ся к тому, что в первой ступени цементация ведется при 950°,
а во второй — при 850°. Для глубины слоя 0,7—1,0 мм длитель-
ность первой ступени 1 час, второй—2 час., для слоя
1,1—7,5 мм первая ступень 2 час., вторая — 3 час. (без учета
времени на прогрев до температуры цементации). Содержание
углерода в цементированном слое обеспечивается в пределах
0,8—1,1%.
При обычном процессе охлаждение ящиков после цемента-
ции рекомендуется производить не в печи, а на воздухе. Это
ускоряет охлаждение и в то же время препятствует образованию
грубой цементитной сетки.
Несмотря на существенные недостатки цементации на твер-
91
дом карбюризаторе — обилие пыли и грязи, трудность регули-
рования, большую трудоемкость и низкую производительность,
наконец, большие потери тепла, уносимого из печи вместе
с ящиками,— этот процесс находит еще широкое применение,
так как сравнительно прост и не требует специального обору-
дования.	।
ГАЗОВАЯ ЦЕМЕНТАЦИЯ
Газовая цементация благодаря своим несомненным преиму-
ществам с каждым годом получает все большее распростране-
ние, вытесняя цементацию в твердом карбюризаторе. Основны-
ми из этих преимуществ являются следующие:
1)	высокая производительность, ибо отпадает время, необ-
ходимое на упаковку и на прогрев массивных ящиков, заполнен-
ных карбюризатором;
2)	удобство контроля и регулирования глубины цементиро-
ванного слоя и содержания в нем углерода;
3)	чистота рабочих мест;
4)	экономия производственных площадей и рабочей силы;
5)	возможность непосредственной закалки после цемента-
ции;
6)	возможность широкой механизации и автоматизации
процесса.
Для газовой цементации на наших заводах применяют как
шахтные печи периодического действия, так и высокопроизводи-
тельные печи непрерывного действия. В печь по трубке подается
газовый или жидкий карбюризатор. При высокой температуре
жидкость, испаряясь и разлагаясь, дает цементирующий газ.
В состав газа входят соединения углерода с водородом. Их на-
зывают углеводородами. Газ, омывая поверхность детали, разла-
гается и при этом, как и в случае твердого карбюризатора, обра-
зуется атомарный углерод, который способен проникать в по-
верхность металла.
Длительность процесса по сравнению с цементацией в твер-
дом карбюризаторе сокращается примерно в два раза. Регули-
руя состав и количество газа, подаваемого в муфель, можно
управлять ходом процесса газовой цементации.
Шахтные печи более универсальны и просты в эксплуатации
и потому имеют наибольшее применение. Конструкция их очень
проста, и многие заводы сами изготовляют такие печи. Общий
вид типовой конструкции шахтной печи представлен на
фиг. 46, а.
Печь имеет металлический кожух 1, сваренный из листовой
стали. Внутри его из огнеупорного кирпича выложена рабочая
камера 2. Нагреватели 3 держатся на выступах фасонного кир-
пича в кладке 4. Пространство между кожухом и наружной
92
стенкой камеры засыпается теплоизоляционным материалом.
Внутри камеры на подставке устанавливается тигель 5, отлитый
из жаропрочной стали, в него загружаются детали в корзинах
или на приспособлениях. Муфель закрывается крышкой 13. Че-
рез центр крышки проходит вал 12 от электродвигателя 11, на
котором укреплен вентилятор 14. Он способствует равномерной
циркуляции газов при цементации. Из бачка по трубке 9, кото-
Фиг. 46. Шахтная печь для газовой цементации (а) и капельница
для подачи карбюризатора (б).
рая проходит через крышку печи, самотеком подается жидкий
карбюризатор (бензол, керосин и др.). Подача его регулируется
краном и капельницей 10. Устройство капельницы показано на
фиг. 46, б. Отработанные газы выходят из печи по трубке 8 и
сжигаются. Крышка подымается на тросах при вращении махо-
вика 7 и отводится в сторону поворотом вокруг оси 6.
На многих заводах, где имеются такие печи, крышка затя-
гивается для плотности откидными болтами. Таких болтов по
окружности крышки бывает до 18 шт., и на затяжку их, а потом
на отвинчивание напрасно тратится много времени, так как
крышка имеет большой вес, силой которого она достаточно хо-
рошо прижимается к уплотнительной прокладке на муфеле,
а потому болты не нужны.
93
Подготовка деталей к газовой цементации гораздо проще,
чем к цементации твердым карбюризатором. Мелкие детали на-
сыпаются навалом в корзины, а крупные подвешиваются на спе-
циальных приспособлениях. Защита отдельных мест детали от
цементации производится путем гальванического покрытия
слоем меди. Однако при газовой цементации оно уже не так на-
дежно, как при твердой. Не так давно разработан новый состав
пасты, который надежно предохраняет поверхность деталей при
газовой цементации. Состав этой пасты по объему следующий:
44% песка, 40% огнеупорной глины, 13% буры и 3% нитрита
натрия. Эти вещества должны быть тщательно просушены и про-
сеяны и смешаны точно в указанном соотношении. В сухую
смесь небольшими порциями дается жидкое стекло. Общее ко-
личество жидкого стекла берется из расчета 170 см3 на 200 см3-
сухой смеси. Смесь по густоте напоминает густую сметану. Па-
сту наносят кистью в два слоя. Второй слой наносится после
просыхания первого. Общая толщина слоя достигает 1,5—3 мм.
Результаты цементации зависят от карбюризатора и режима
его подачи, от температуры процесса и его длительности. Выбор
типа карбюризатора определяется местными условиями и ре-
сурсами. Очень повезло, например, сталинградским термистам.
Они получают природный газ такого состава, который без вся-
ких изменений пригоден для непосредственной подачи в печь
при газовой цементации. Но сталинградцы не удовлетворились
этим. Они научились производить в специальных установках
разбавление этого газа с воздухом. Получается так называемый
эндогаз. Смешивая эндогаз с природным газом в нужном соот-
ношении, можно регулировать не только глубину слоя, но и кон-
центрацию углерода в нем применительно к данной марке стали.
При отсутствии природного газа используют жидкие карбю-
ризаторы: бензол, керосин, пиробензол, веретенное масло и др.
Применение бензола нежелательно, так как он вреден для орга-
низма и опасен в пожарном отношении. Температура его замер-
зания минус 5°. Это затрудняет использование его в зимнее вре-
мя. Керосин и веретенное масло не имеют этих недостатков
и дешевле бензола в 2—3 раза. Кроме того, они обеспечивают
более устойчивые результаты цементации, так как в печи полу-
чается более высокое давление, а это устраняет подсос воздуха
и связанное с ним окисление.
О давлении в печи можно судить по высоте факела сгораю-
щих отработанных газов. При цементации на бензоле, когда
давление в печи составляет 2—6 мм вод. ст., высота факела рав-
на 100—150 мм, а при цементации керосином и веретенным мас-
лом (при той же подаче карбюризатора) давление достигает
10—15 мм вод. ст., а высота факела 350 мм. Факел должен быть
светло-желтым.
Большая высота факела и копоть свидетельствуют о том, что
94
карбюризатор подается с избытком. Если факел мал по высоте-
и горит неустойчиво, часто гаснет, то это признак недостаточной
подачи карбюризатора.
Скорость подачи карбюризатора зависит от загрузки печи
и от размера поверхности деталей, но это учесть практически
трудно. На заводах подачу карбюризатора определяют по кап-
лям. Это не совсем точно, так как размер капель зависит от вида
карбюризатора и размера проходного отверстия в капельнице.
Однако при установившемся режиме цементации увеличение
или уменьшение подачи карбюризатора можно определять по
отсчету количества капель в минуту. Ориентировочно можно
считать, что в 1 cjh3 содержится 25—40 капель. В табл. 14 при-
водятся нормы расхода, которыми обычно пользуются на заво-
дах.
Таблица 74
Расход карбюризатора при газовой цементации
Тип печи	Скорость подачи карбюризатора см* 1мин		
	веретенное масло	керосин	бензол
Ц-105			4,5—5,0	4,0—4,5	4,0—4,5
ШГЦ-120			6,0—6,5	5,5-6,0	5,5—6,0
На многих заводах, ориентируясь на эти нормы, подачу кар-
бюризатора устанавливают неизменной на протяжении всего
цикла цементации. Это неправильно. Нужно учитывать, что
в первый период поглощение углерода поверхностью деталей
происходит более интенсивно, и потому расход карбюризатора
должен быть больше. В заключительный период скорость роста
цементированного слоя уменьшается, и потому подача карбю-
ризатора должна быть уменьшена, иначе возможно пересыще-
ние цементированного слоя углеродом, выделение сажи, и из-
лишне расходуется карбюризатор.
На основании опыта заводов и многочисленных исследований
можно рекомендовать следующий режим газовой цементации
в шахтных печах.
Детали загружаются в печь непосредственно после выгрузки
предыдущей садки, включается вентилятор и в течение
15—30 мин. интенсивно подается карбюризатор для вытеснения
из печи воздуха. По достижении в печи температуры 850—880°
подача карбюризатора устанавливается на верхнем пределе.
Такая подача сохраняется примерно на протяжении '/4 всего
периода цементации, после чего подачу можно держать на ниж-
нем пределе до конца цикла. К сожалению, на многих заводах
этому придают мало значения. По окончании выдержки, необ-
ходимой для получения слоя заданной глубины, подача карбю-
95
ризатора прекращается, печь выключается, детали быстро вы-
гружаются на воздух. Замедленное охлаждение в колодцах
хотя и уменьшает деформацию, но способствует образованию
в цементированном слое нежелательной цементитной сетки.
Недостаточно опытные термисты-цементовщики часто ста-
раются вести цементацию при избыточной подаче карбюризато-
ра, страхуясь против пониженной глубины и насыщенности це-
ментированного слоя. Это приводит к образованию слоя сажи
на деталях, и результаты цементации против ожидания могут
оказаться значительно сниженными.
Температура процесса газовой цементации на разных заво-
дах установлена различной. В большинстве случаев она выше,
чем при твердой цементации и равна 930—950°. С целью сокра-
щения длительности процесса на многих заводах температуру
цементации выбирают более высокой—-до 1000°. Больших успе-
хов по сокращению длительности газовой цементации добились
термисты Минского автомобильного завода. Ускорение процесса
получено путем повышения температуры с 920 до 1000°. Техно-
логический процесс цементации заключается в следующем. Де-
тали загружаются в печь, разогретую до температуры 700—800°.
За 3 час. температура в печи поднимается до 1000°, после чего
дается выдержка 2 час., и затем печь выключается на подсту-
живание. В период подстуживания (2,5—3 час.) температура
снижается до 920—940°, после чего детали выгружаются. Глу-
бина цементированного слоя достигает 1,1—1,3 мм. Для полу-
чения глубины цементации 1,6—1,9 мм выдержка при темпера-
туре 1000° дается 5 час., а в остальном процесс не меняется.
С момента загрузки деталей и до момента достижения тем-
пературы 880—900° подача карбюризатора (синтина или керо-
сина) составляет 3 смР/час. Начиная от температуры 880—900°
и до момента выгрузки деталей, подача карбюризатора увели-
чивается до 9—13 см3!час. При новом технологическом процессе
продолжительность цементации сократилась примерно в два
раза. Снизился расход электроэнергии.
Длительный опыт эксплуатации автомобильных деталей, из-
готовленных из сталей 18ХГТ и ЗОХГТ и зацементированных при
температуре 1000°, показал, что качество их вполне удовлетво-
рительное и не уступает деталям, которые ранее цементирова-
лись при температуре 920°. Нельзя, правда, отрицать, что при
такой высокой температуре стойкость тиглей снижается, а из-
готовление их — это больной вопрос на заводах.
При газовой цементации большое значение имеет применение
разнообразных приспособлений для подвески деталей. Раньше
почти на всех заводах детали цементировались в корзинах, ко-
торые по 2—3 шт. устанавливались в муфеле. Однако это вызы-
вает большие неудобства. Общее время, которое затрачивается
на загрузку и выгрузку трех корзин, достигает 20—25 мин. За
-96
Заказ № 402
Фиг. 47. Елочная оправка для
посадки в шахтную печь
шестерен.
Фиг. 48. Муфель с вы-
ступами для установки
дисков с деталями.
Фиг. 49. Приспособление
для загрузки шестерен
при газовой цементации.
это время из открытой печи уходит много тепла, детали покры-
ваются окалиной. Если детали лежат в корзине навалом, то это
затрудняет свободное прохождение газов и, кроме того, приво-
дит к короблению. Иногда бывает так, что вес корзин превыша-
ет вес деталей. Сейчас на многих заводах стали применять вме-
сто корзин разнообразные приспособления, которые сокращают
затраты времени, облегчают труд и повышают качество обра-
ботки. Конструкции приспособлений в основном зависят от фор-
мы и размеров цементируемых деталей.
Термисты Минского тракторного завода применяют несколь-
ко типов приспособлений. На фиг. 47 показано одно из них —
елочная оправка. Она состоит из стержня 1 с опорой. На стер-
жень надеты распорные кольца 2 вперемежку с шестиконечны-
ми звездочками 3 для подвешивания деталей. В зависимости от
диаметра цементируемых шестерен между звездочками уста-
навливаются распорные кольца определенной высоты.
На Горьковском автомобильном заводе разработана новая
конструкция муфелей для газовой цементации в шахтных пе-
чах. На внутренней поверхности предусмотрены выступы
(фиг. 48), на которые опираются диски с деталями. Такая кон-
струкция позволяет увеличить загрузку печей на 30—40%. По
окончании цементации диск вместе с деталями с помощью элек-
тротельфера выгружается из печи и переносится к масляному
баку. Над баком он выдерживается 40—60 сек. За это время
детали подстуживаются, после чего они вместе с диском погру-
жаются в масло для закалки. Затем следуют промывка и низкий
отпуск.
На Челябинском тракторном заводе применяется приспо-
собление в виде крестовины со штангами (фиг. 49). На штангу
навешиваются шестерни, а затем к верхнему концу ее с по-
мощью шплинта крепится серьга с двойной проушиной. Тельфер
подымает штангу за верхнюю проушину, а нижняя надвигается
на крестовину. Приспособление опирается на выступы, прива-
ренные на внутренней стенке муфеля.
ДЕФЕКТЫ ЦЕМЕНТАЦИИ И ИХ ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ
ЦЕМЕНТАЦИЯ ТВЕРДЫМ КАРБЮРИЗАТОРОМ
Разъедание поверхности деталей может проис-
ходить по двум причинам: из-за наличия в карбюризаторе серно-
кислого натрия и бария как посторонних примесей, вносимых
вместе с солями углекислого бария и соды, и из-за осыпания
солей с зерен угля и оплавления их на поверхности детали.
Связь солей с зернами лучше всего обеспечивает патока. Крах-
мал менее надежный крепитель, особенно при крупнозернистом
угле.
98
Во избежание разъедания нужно тщательно контролировать
состав карбюризатора, применять качественные крепители и при
необходимости отсеивать пыль.
Обезуглероживание может произойти при охлажде-
нии после цементации в интервале температур 700—650°, когда
содержание обезуглероживающего газа СО2 в ящиках достигает
40—60%. При крупнозернистом карбюризаторе объем, зани-
маемый в ящике газами, больше, и в условиях замедленного
охлаждения обезуглероживание может дойти до 0,1 мм. Изба-
виться от обезуглероживания можно, во-первых, ускоренным
охлаждением, для чего нужно применять ящики малых разме-
ров, и, во-вторых, тщательным контролем карбюризатора.
Стекловидные наплывы термисты называют король-
ками, или слезками. Они препятствуют науглероживанию и со-
здают пятнистую цементацию. Такие наплывы образуются при
засорении карбюризатора песком, попадающим в древесный
уголь при его выжигании в кучах на песчаном грунте.
Песок вместе с солями карбюризатора образует легкоплав-
кую смесь, которая стекает на детали и потом застывает в виде
наплывов. Во избежание этого уголь перед приготовлением кар-
бюризатора нужно просеивать.
Неравномерная глубина слоя цементации.
Глубина слоя зависит главным образом от температуры. Нерав-
номерная глубина слоя в первую очередь вызывается неравномер-
ным нагревом. Если ящик большого размера, то при нагреве тем-
пература в центре его будет всегда отставать от наружных зон.
Чем мельче зерно карбюризатора, тем ниже его теплопровод-
ность и тем больше будет отставание в нагреве. Наряду с этим,
может быть неравномерный нагрев ящиков в печи.
Неравномерность по глубине слоя при цементации мелким
карбюризатором в ящиках большого размера может достигать
50—60%. Для устранения этого вида брака нужно применять
ящики небольших размеров, контролировать величину зерна
карбюризатора и обеспечивать равномерный нагрев в печи.
С этой целью ящики рекомендуется ставить не на под печи, а
на подставки.
Пониженное содержание углерода в цемен-
тированном слое приводит к понижению твердости и из-
носостойкости деталей. Главная причина такого дефекта — недо-
статочное содержание углекислых солей в карбюризаторе или
неравномерное их распределение по объему. Часто, увлекаясь
просеиванием пыльного карбюризатора, в виде пыли отсеивают
соли, обедняя тем самым карбюризатор. Если соли плохо свя-
заны с зернами угля, то при упаковке они оседают на дно ящи-
ка, а верхние слои получаются обедненными. В результате де-
тали в верхней части ящика будут иметь слой малой насыщен-
ности.
7*	99
Повышенное содержание углерода в цемен-
тированном слое приводит к образованию сильно разви-
той цементной сетки, которая может послужить причиной появ-
ления трещин и снижения прочности деталей. Повышенная кон-
центрация углерода вызывается чрезмерно высоким содержа-
нием углекислых солей в карбюризаторе.
Пятнистая цементация, приводит после закалки
к пятнистой твердости. Твердость закаленного цементирован-
ного слоя колеблется от 48 до 64 Rc- Такой дефект может воз-
никнуть по трем причинам:
1.	Из-за неравномерного распределения углекислых солей
в карбюризаторе, о чем уже говорилось.
2.	Из-за необычной структуры цементируемой стали. Не-
обычную (анормальную) структуру имеют стали с повышенным
.содержанием мелких неметаллических включений. При охлаж-
дении после цементации происходит выделение цементита вокруг
включений, которые выполняют роль центров кристаллизации.
В результате возникают грубые скопления обособившегося це-
ментита и феррита. Нагрев под закалку не устраняет неодно-
родности такой структуры, а значит, и твердость не может быть
равномерной.
3.	Из-за того, что на границе с омедненной поверхностью
цементация получается пятнистой. Во избежание этого на уча-
стке, защищаемом от цементации, оставляют неомедненную
кромку, прилегающую к границе цементируемой поверхности.
Ширина кромки берется равной глубине цементированного слоя.
ГАЗОВАЯ ЦЕМЕНТАЦИЯ
Пониженная глубина цементированного слоя
является следствием недостаточной продолжительности выдерж-
ки при температуре цементации либо пониженной температуры
процесса.
Пониженная концентрация углерода в слое
при нормальной температуре цементации и времени выдержки
вызывается недостаточной подачей карбюризатора. В случае
работы на газовом карбюризаторе нужно прочистить вводные
отверстия. При работе на жидком карбюризаторе нужно уве-
личить его подачу.
Если одновременно наблюдается пониженная глубина слоя
-и концентрация в нем углерода, то наряду с регулированием
подачи карбюризатора нужно повысить температуру печи и уве-
личить время выдержки. Чрезмерное увеличение подачи карбю-
ризатора также может явиться причиной пониженной глубины
слоя и концентрации углерода, так как при этом на деталях
оседает сажа, препятствующая проникновению активного угле-
рода в металл.
100
Повышенная концентрация углерода в слое
после закалки приводит к таким же дефектам, как и в случае
твердой цементации. Однако, в отличие от цементации твердым
карбюризатором, при газовой цементации можно регулировать
не только глубину цементированного слоя, но и насыщенность
его углеродом. Это достигается изменением температуры, дли-
тельности выдержки и подачи карбюризатора, т. е. подбором
наилучшего режима цементации.
Неравномерная глубина слоя цементации
в различных зонах печи вызывается неравномерным
распределением температуры по зонам печи, либо плохой цир-
куляцией газов. Последнее может произойти вследствие плотной
укладки деталей в корзинах, а чаще всего из-за неисправности
вентилятора.
Резкий переход от цементированного слоя
к сердцевине имеет тот недостаток, что при эксплуатации
деталей с таким дефектом происходит отслаивание цементиро-
ванного слоя. Чтобы устранить этот дефект, нужно повысить
температуру цементации и снизить активность карбюризатора.
Пятнистая твердость цементиров анного с л оя ‘
может быть вызвана следующими причинами:
1)	неравномерным оседанием на деталях сажи, которая за-
коксовывается на поверхности детали и препятствует науглеро-
живанию, а при закалке способствует неравномерности охлаж-
дения;
2)	анормальной структурой стали, т. е. необычной структу-
рой с грубыми, обособленными скоплениями феррита, наряду
с цементитом;
3)	наличием после закалки остаточного аустенита.
Как при цементации твердым карбюризатором, так и при га-
зовой цементации, пониженная глубина цементированного слоя,
пониженная концентрация в нем углерода, а также пятнистая
цементация не являются признаками для окончательного забра-
кования деталей. Эти дефекты могут быть исправлены повтор-
ным процессом цементации.
Азотирование —процесс насыщения поверхностного слоя де-
тали азотом. Проникая в атомарном состоянии в металл, азот
образует соединения с элементами, входящими в состав стали:
громом, ванадием, титаном, железом и др. Соединения азота
с составляющими стали называются нитридами. Высокая
твердость азотированного слоя объясняется, во-первых, тем, что
сами нитриды твердые, а во-вторых, высокой их дисперсностью.
Наиболее замечательными свойствами обладает нитрид алюми-
ния. Он очень устойчив и не разлагается при нагреве до
600—650°, а следовательно, и азотированные детали не теряют
твердости при нагреве до такой температуры. Поэтому стали,
предназначенные для азотирования, имеют в своем составе алю-
миний. Простые углеродистые стали мало пригодны для азоти-
рования, так как азотированный слой в них не приобретает до-
статочно высокой твердости и оказывается в то же время хруп-
ким.
Поскольку азотирование придает сталям исключительно вы-
сокую твердость и износостойкость и, что очень важно, позво-
ляет сохранять эти свойства при нагреве, оно применяется для
таких ответственных деталей, как гильзы цилиндров авиацион-
ных двигателей, коленчатые валы и др.
Процесс азотирования имеет ряд преимуществ по сравнению
с цементацией: не требуется закалка, температура процесса
ниже, а значит, коробление деталей меньше. Большая длитель-
ность цикла азотирования и необходимость применения специ-
альных сталей, которые в 2—3 раза дороже обычных,— это су-
щественные недостатки процесса.
До недавнего времени азотированию в основном подверга-
лись детали, изготовленные из специальной конструкционной
стали, содержащей хром, молибден и алюминий (38ХМЮА).
В настоящее время азотирование применяют для инструмен-
102
тальных, нержавеющих и других сталей. Азотирование инстру-
мента повышает его стойкость. Это особенно важно для инстру-
мента, работающего в условиях воздействия повышенной тем-
пературы, например для матриц горячего выдавливания клапа-
нов. Нержавеющие и жаропрочные стали, как известно, не
обладают высокой твердостью и износостойкостью. Но многие
детали, изготовленные из таких сталей, работают в условиях
сильного износа. И здесь на помощь приходит процесс азотиро-
вания.
Для азотирования применяют печи с герметическими ящика-
ми-муфелями, в которые загружают детали. Через муфель
пропускают аммиак. Омывая детали, этот газ при температуре
500—600° разлагается на азот и водород. Азот, находящийся в
атомарном состоянии, активно проникает в поверхность детали,
образуя нитриды.
Перед азотированием детали подвергаются полной механи-
ческой обработке. Оставляют только небольшой припуск на
шлифовку. Для повышения прочности и вязкости сердцевины
производят термическую обработку до азотирования. Она за-
ключается в закалке с высоким отпуском. Азотирование явля-
ется заключительной операцией. В тех случаях, когда от детали
не требуется высокая прочность сердцевины, перед азотирова-
нием достаточно произвести нормализацию. Примером таких
деталей может быть мерительный инструмент — шаблоны, ка-
либры и т. п.
Участки детали, которые не должны азотироваться, подвер-
гаются защитному покрытию. Надежную защиту от азотирова-
ния дает лужение — горячее или гальваническое. При гальвани-
ческом расход олова меньше. Толщина слоя олова при этом
достигает 10 мк. При температуре азотирования олово находит-
ся в расплавленном состоянии и плотным слоем удерживается
силами натяжения на поверхности, которую оно должно предо-
хранить от азотирования. Возможны, однако, случаи, когда
олово перетекает на азотируемую поверхность, и это вызывает
брак при азотировании. Для предотвращения этого азотируе-
мая поверхность подвергается фосфатированию. Олово не сма-
чивает фосфатированную поверхность и потому не удерживает-
ся на ней. Кроме того, фосфатирование обеспечивает удаление
с поверхности жира и грязи, а это способствует лучшему насы-
щению ее азотом.
В связи с тем, что олово является дорогим и дефицитным
металлом, на заводах стали заменять его другими покрытиями.
Наилучшие результаты получаются при использовании в каче-
стве защитного покрытия жидкого стекла. Оно наносится двой-
ным слоем и затем просушивается при температуре 100—120°.
Для лучшего сцепления жидкого стекла с поверхностью детали,
нужно ее пропескоструить или подвергнуть электрообезжирива-
103
нию. Особенно тщательно должна быть обезжирена азотируе-
мая поверхность.
Подготовленные для азотирования детали устанавливаются
в муфель с таким расчетом, чтобы обеспечить свободную цир-
куляцию газа. Муфель должен быть герметичным. При исполь-
зовании контейнерных печей с передвижной камерой хорошую
герметичность обеспечивает рудный затвор, но при этом нужно
тщательно производить его утрамбовку.
Технологический процесс азотирования определяется темпе-
ратурой, длительностью выдержки и степенью диссоциации
аммиака.
Степень диссоциации аммиака—это число в процентах, ко-
торое получается, если разделить объем разложившегося ам-
миака на общий объем газа в муфеле. Это число меняется в ши-
роких пределах от 20 до 65%. Степень диссоциации опреде-
ляется с помощью специального прибора — диссоциометра
(фиг. 50). Он представляет собой стеклянный сосуд, имеющий
100 делений. В верхней части сосуда имеется трехходовой
кран 2 и две трубки. По одной из них 3 подводится газ из му-
феля, по другой 1 — вода. В нижней части сосуда имеется обыч-
ный запорный кран 4. Для определения степени диссоциации
аммиака открывают нижний кран, а верхний поворачивают так,
чтобы в сосуд поступал газ. Затем нижний кран закрывают, а
верхний поворачивают в другое положение, перекрывая газ и
открывая воду. Если бы в сосуде был только диссоциирован-
ный, т. е. разложившийся на смесь водорода и азота аммиак,
то вода не смогла бы в него зайти, так как ни азот, ни водород
не растворяются в воде, а давление, создаваемое ими, мешает
поступлению воды. Но если, наряду с азотом и водородом, в со-
суде имеется неразложившийся аммиак, то он, растворяясь
в воде, освободит часть объема, которую она и заполнит. Ос-
тальная часть объема — над уровнем воды — это диссоцииро-
ванный аммиак. Поскольку деления проставлены сверху вниз,
а вода занимает нижнюю часть сосуда, уровень ее сразу пока-
зывает степень диссоциации в процентах.
Степень диссоциации аммиака при азотировании поддержи-
вается в определенных пределах. Если азотирование происходит
при температуре 500—520°, то степень диссоциации обычно
18—25%, при температуре 540° соответственно 25—40%.
Расход аммиака при азотировании зависит от размеров
и формы деталей. В среднем можно считать, что для крупных
деталей, азотируемых на глубину 0,35—0,55 мм, он составляет
5—10 г на 1 кг деталей, а для средних и мелких деталей, имею-
щих сравнительно большую поверхность, расход аммиака по-
вышается до 20—50 г на I кг веса деталей.
Не рекомендуется снижать степень диссоциации аммиака
против того, что было указано. Это не улучшает процесс азоти-
104
рования, но ведет к повышенному расходу аммиака. Повышение
степени диссоциации аммиака в первый период (10—15 час.)
нежелательно, так как может вызвать снижение твердости азо-
тированного слоя. Во второй стадии при необходимости снизить
хрупкость степень диссоциации может быть доведена до
50—60%.
Фиг. 50.
Диссоциометр —
прибор для опреде-
ления степени дис-
социации аммиака.
Фиг. 51. Приспо-
собление для по-
крытия наружной
поверхности гильз
жидким стеклом.
Азотирование — самый продолжительный из всех процессов;
химико-термической обработки. Продолжительность его может
достигать двух суток и более. Глубина слоя при этом доходит
до 0,65 мм. Ускорить получение слоя заданной глубины можно
было бы путем повышения температуры процесса, но это одно-
временно приводит к падению твердости, что, конечно, нежела-
тельно. Выход был найден в применении ступенчатого цик-
ла азотирования. В большинстве случаев применяют двухсту-
пенчатый цикл, иногда — трехступенчатый.
Сущность двухступенчатого цикла сводится к тому, что в;
первой ступени процесс ведут примерно при 500—520° в течение
8—12 час., а во второй—температура повышается до 580—
600°, а выдержка дается в зависимости от требуемой глубины
слоя. Такое повышение температуры обеспечивает ускорение про-
105-
цесса. Однако при этом поверхность сильно обогащается азо-
том, что ведет к повышенной хрупкости. Для снижения хрупко-
сти в конце процесса в течение 2—3 час. дают выдержку без по-
дачи аммиака. Слой рассасывается, и хрупкость устраняется.
Если муфель недостаточно герметичен, то в этот период в него
может подсасываться воздух, и на деталях будут появляться
цвета побежалости. Это не должно являться основанием для
забракования деталей.
Контроль азотированных деталей производится путем опре-
деления твердости и глубины слоя. Твердость определяется на
приборе Роквелла при нагрузке 15, 30 и 60 кг, либо на приборе
Виккерса с нагрузкой 10 или 30 кг. При контроле малых слоев
(0,1—0,2 мм) можно пользоваться тарированным напильником.
Глубина азотированного слоя определяется на контрольных об-
разцах, азотируемых вместе с деталями. Для этого с торца об-
разца сошлифовывается слой 1,0—1,5 мм и производится трав-
ление 5%-ной азотной кислотой. Глубина слоя определяется
с помощью лупы Бринелля.
Приведем один из вариантов технологического процесса азо-
тирования гильзы двигателя.
1.	Покрытие наружной поверхности гильзы жидким стеклом
для защиты от азотирования. Предварительно производится
электрообезжиривание. Затем с помощью специального приспо-
собления (фиг. 51) гильзы скрепляются попарно, с торцов за-
крываются накладками и погружаются в жидкое стекло. Далее
следует просушка при 100—120°.
2.	Гильзы устанавливаются в корзины и накрываются му-
фелем, края которого по всему контуру заходят в рудный за-
твор. Для удаления воздуха муфель продувают аммиаком. На
муфель надвигается нагревательная камера, и начинается на-
грев.
3.	Нагрев до температуры 510° в течение 5 час. Выдержка
при этой температуре 15—18 час. при степени диссоциации ам-
миака 20—35%.
4.	Повышение температуры до 540° за 2—4 час. и выдержка
при этой температуре 15—20 час. при степени диссоциации ам-
миака 35—60%.
5.	Подъем температуры до 560° за 1—3 час. и выдержка при
этой температуре 5 час. без подачи аммиака.
6.	Охлаждение под током аммиака до 220—240°.
Таким образом, общее время азотирования 43—48 час., глу-
бина получающегося при этом азотированного слоя 0,5—0,8 мм.
Азотирование крупных деталей применяется сравнительно
редко. Между тем, азотирование таких деталей, как коленчатые
.валы, шпиндели крупных станков и т. п., дает хорошие результа-
ты. На одном из станкостроительных заводов накоплен много-
•детний опыт по азотированию крупногабаритных деталей, как,
Й06
например, шпинделей расточных станков длиной до 4—5 м.
Азотирование производится в шахтных печах, снабженных му-
фелем из жаропрочной стали. Аммиак подается из баллонов че-
рез осушители в муфель по трубке. Эта трубка проходит по всей
высоте муфеля и у дна загибается под прямым углом. В загну-
той части просверлены отверстия для выхода аммиака.
Шпиндели из стали 35ХМЮА подвергаются следующей об-
работке: ковке, нормализации, обдирке, нормализации и высо-
кому отпуску, черновой обточке, стабилизирующему отпуску при
570—600° с выдержкой 20—30 час. и охлаждением с печью до
150°, чистовой обточке, шлифовке, отрезке шайб-свидетелей. За-
тем производится азотирование. Печь нагревается до темпера-
туры азотирования (10—15 час.). При 200° воздух из муфеля
удаляется путем продувки струей аммиака под сильным давле-
нием. I ступень 500° 34—38 час., II ступень 520—530° 24 час. Сте-
пень диссоциации аммиака 20—30%. Охлаждение деталей под то-
ком аммиака производится до 150°, после чего муфель откры-
вают. Надо учесть, что при диаметре шпинделя 170—190 мм
размеры его после азотирования увеличиваются на 0,06—0,08 мм.
Твердость азотированного слоя достигает 1000 ед. по Виккерсу,
глубина 0,5—0,7 мм. Глубина азотирования контролируется по
свидетелям, которые подвергаются азотированию вместе с дета-
лями. Поверхности, не подлежащие азотированию, предохра-
няют пастой следующего состава: три части порошка металли-
ческого олова, одна часть порошка металлического свинца
и одна часть окиси хрома.
Азотирование успешно применяется для повышения устало-
стной прочности клапанных пружин двигателя. Это особенно
важно в тех случаях, когда упрочнение другими методами, на-
пример дробеструйной обработкой, затруднено вследствие ма-
лого зазора между витками пружины.
Азотирование пружин с целью повышения их усталостной
прочности можно проводить следующим образом. Перед азоти-
рованием пружины фосфатируются в растворе, содержащем
30 г/л соли Мажефа при температуре 98° с выдержкой 15—20
мин. Азотирование производится по одноступенчатому режиму
при сравнительно низкой температуре 490° и степени диссоциа-
ции аммиака 16—25%. Выдержка в течение 7—8 час. обеспечи-
вает слой глубиной 0,2—0,3 мм. Во избежание хрупкости слоя по
окончании этой выдержки подача аммиака прекращается, и при
той же температуре 490° дается дополнительная выдержка в те-
чение 3 час. После этого производится охлаждение на воздухе.
Твердость азотированного слоя достигает 600 ед. по Виккерсу.
Этот режим обеспечивает, наряду с повышением усталостной
прочности, высокую коррозионную стойкость.
Незаслуженно редко применяется азотирование режущего
инструмента. Данные, приводимые в табл. 15, показывают, что
107
азотирование при 550° и степени диссоциации аммиака 50%,
в течение 26 час. обеспечивает повышение стойкости резцов
в 2—3 раза.
Таблица 15
Влияние азотирования иа стойкость резцов
Марка стали	Стойкость резцов, %		
	неа вотиро- ванных	азотированных в течение	
		4,5 час. |	26 час.
У12	100	150	232
9Х	100	284	337
хвг	100	215	302
В поисках путей сокращения длительности процесса азоти-
рования был испытан нагрев токами высокой частоты. Роль му-
феля выполняла фарфоровая труба, установленная в индуктор,
который питался от лампового генератора с частотой 300 000aif
и мощностью 90 кет. Результаты получились очень обнадежи-
вающие. Азотированный слой толщиной до 0,2 мм был получен
за 3 час., в то время как в обычной печи для этого требуется
около суток. Качество слоя вполне удовлетворительное, твер-
дость достигает 1100 ед. по Виккерсу.
ДЕФЕКТЫ АЗОТИРОВАНИЯ И ИХ ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ
Коробление. По температурному режиму азотирование
подобно очень длительному высокому отпуску. Если предвари-
тельная термическая обработка проведена недостаточно тща-
тельно, а именно, вследствие малой выдержки при отпуске не были
сняты внутренние напряжения, то при азотировании происходит
«доотпуск». Внутренние напряжения снимаются, и деталь коро-
бится. Даже если предварительный отпуск сделан хорошо, но>
после отпуска допущено быстрое охлаждение, то это также при-
водит к напряжениям, которые затем при азотировании снима-
ются, а в результате опять-таки возникает коробление.
Существует еще одна причина, вызывающая коробление.
Это увеличение объема азотированного слоя вследствие того,
что азот, проникая в металл, вызывает резкое изменение струк-
туры стали. Чем больше глубина азотированного слоя, тем
больше увеличивается его объем. Деталь, как говорят, распу-
хает. Например, при глубине слоя 0,5 мм размеры детали уве-
личиваются на 0,02—0,04 мм на сторону. Можно считать, что'
размеры приблизительно увеличиваются на 4—6% от глубины
азотированного слоя. Чтобы избежать брака от распухания,
нужно предусматривать в деталях при механической обработ-
ке соответствующее занижение размера.
108
Объемные изменения при азотировании могут привести так-
же и к искажению формы детали. Например, если защитное по-
крытие наружной поверхности гильзы сделано некачественно,
происходит ее «подазотация». Это бывает в тех случаях, когда
в процессе гальванического лужения детали не поворачивают
аз ванне. В результате с двух противоположных сторон слой оло-
ва получается недостаточным, и через него проходит азот. Азо-
тирование этих мест на наружной поверхности гильзы и приво-
Фиг. 52. Коробление деталей
при азотировании:
Я — азотированный слой; 2 — подазотация.
дит к возникновению дополни-
Фиг. 53. Вздутие при азотировании:
1 — азотированный слой; 2 — шлаковое
включение; а — вздутие.
Другой пример. Втулка с фланцем азотируются по внутренней
цилиндрической поверхности и по наружной плоской поверхно-
сти фланца (фиг. 52, б). Поскольку фланец азотируется с одной
стороны, это неизбежно вызовет его коробление. Это пример
неудачной конструкции детали.
Хрупкость и шелушение — взаимосвязанные дефек-
ты: вследствие хрупкости азотированный слой в работе скалы-
вается, шелушится и отделяется в виде чешуек. Причина
хрупкости — пересыщение поверхностного слоя нитридами. Оно
чаще возникает при одноступенчатом процессе азотирования,
которое совершается при температуре 510° и длится 60 часов.
Применение двухступенчатого цикла значительно снижает или
совсем устраняет хрупкость. Хрупкий слой может быть снят при
окончательном шлифовании. Сошлифовать нужно 0,01—0,05 мм.
Твердость слоя при этом нисколько не снижается.
Неправильная предварительная термическая обработка так-
же может быть причиной повышенной хрупкости. Так, в стали
38ХМЮА повышение температуры нагрева под закалку вызы-
вает укрупнение зерна, и при последующем азотировании по
границам зерен образуется хрупкая нитридная сетка.
Вздутие — это своего рода волдыри на азотированной по-
верхности. Причина их появления — шлаковые включения в ста-
ли. Если такие включения расположены у самой поверхности, то
в этих местах затруднено проникновение азота в металл, и над
включением происходит сильное пересыщение нитридами и свя-
109
занное с этим изменение объема, которое и проявляется в виде
вздутия. В таких местах слой очень хрупок, и волдыри легко от-
калываются (фиг. 53).
Пониженная твердость при азотировании может
возникнуть по трем причинам:
1)	из-за повышенной температуры процесса. В этом случае,
хотя слой и больше насыщается нитридами, но они сливаются
в более крупные частички, а это снижает твердость;
2)	из-за крупнозернистой исходной структуры металла. Твер-
дость повышается за счет нитридов, располагающихся внутри
зерен. Азот вначале проникает по границам зерен, а затем уже
проходить внутрь их. Но чем крупнее зерно, тем длиннее путь от
границ внутрь и тем меньше проникнет азота, обеспечивающего
высокую твердость. При одинаковых условиях азотации в мел-
козернистой стали твердость достигнет 80—83 по Роквеллу
(шкала А,60 кг), а в крупнозернистой — почти на 10 ед. ниже;
3)	из-за обезуглероживания металла при предварительной
термообработке. В результате обезуглероживания возникнет
феррит, а в этой структуре нитриды выделяются не в виде мел-
кодисперсных частиц, а в виде крупных игл, что не обеспечивает
высокой твердости стали.
Пятнистая твердость может быть вызвана двумя
причинами: неравномерностью величины зерна в стали и нали-
чием на азотируемой поверхности следов олова или жидкого
стекла.
Ко всему этому нужно еще знать, что неудачи при азо-
тировании бывают при установке новых контейнеров, корзин и
муфелей. Твердость первой партии азотированных деталей по-
лучается заниженной. Объясняется это очень просто: аммиак
расходуется на насыщение металлических частей печи азотом.
Чтобы не получить брака по этой причине, рекомендуется пер-
вый процесс азотирования проводить на холостом ходу, т. е. без
деталей.
Цианирование — это процесс одновременного насыщения по-
верхности детали углеродом и азотом. Наиболее часто оно при-
меняется для деталей, работающих на износ: винтов, шайб,
осей, шестерен. Содержание углерода в цианированием слое
0,6—0,8 %1, т. е. меньше чем при цементации, однако износо-
стойкость его выше благодаря наличию азота, который, как и
при азотировании, образует нитриды.
По сравнению с цементацией цианирование имеет следующие
преимущества: 1) продолжительность процесса в несколько раз
меньше; 2) отпадает необходимость упаковки деталей и потому
снижается трудоемкость; 3) вследствие малой выдержки при
высокой температуре не происходит роста зерна; 4) поверхность
деталей получается чистой и светлой.
Применяют два способа цианирования: жидкостное и газовое.
Процесс газового цианирования в короткий срок получил
широкое распространение, и хотя в отдельных случаях жидкост-
ное цианирование остается незаменимым, но в остальном пред-
почтение должно быть отдано газовому цианированию как наи-
более прогрессивному, экономичному и безопасному процессу.
ЖИДКОСТНОЕ ЦИАНИРОВАНИЕ
При жидкостном цианировании детали нагревают в соляной
ванне. В состав ванны входит цианистая соль. При температуре
цианирования эта соль разлагается с выделением активного уг-
лерода и азота, которые поглощаются поверхностью деталей.
Продолжительность процесса сравнительно небольшая от 5 до
45 мин.
Температура процесса зависит от цели цианирования.
Низкотемпературное цианирование приме-
няется в основном для инструмента из быстрорежущей и высо-
111
кохромистой стали. Такое цианирование повышает стойкость
-инструмента в 1,5—2 раза.
Инструмент перед цианированием должен быть окончатель-
но механически и термически обработан, включая заточку и
шлифование. Поэтому нужно не только тщательно вести техно-
логический процесс цианирования, но и осторожно обращаться
с инструментом, чтобы не повредить режущие кромки. Глубина
цианирования обычно бывает в пределах от 0,015 до 0,3 мм.
Если повысить глубину до 0,4—0,5 мм, то на острозаточенных
рабочих кромках произойдет сквозное цианирование, и это вы-
зовет хрупкость.
Температуру процесса нужно брать такой же, какая была
при отпуске. Например, для быстрорежущей стали Р9 и Р18
550—560°, для стали Х12Ф 530—540°. В табл. 16 приводится
примерный состав ванн для низкотемпературного цианирования.
Опыты показали, что если содержание цианистого натрия в ван-
не менее 50%, то это снижает качество цианирования: стойкость
инструмента получается ниже. Глубина цианирования зависит
-от состава ванны и от времени выдержки (табл. 17).
Инструмент перед цианированием должен быть очищен от
масла и грязи. Желательно его подогреть до температуры
400—500°. Это можно сделать в отпускных печах или же, в худ-
Таблица 16
Состав ванн для низкотемпературного цианирования
Состав ванны, %					Температура плавлееия, °C
цианистый натрий	желтая кро- вяная соль	кальциниро- ванная сода	едкий калий	поваренная соль	
50—55			25—30			15-20	515
20—30	—	45—50	—	25—30	530
—	80—90	—	10-20	—	490
Таблица 17
Глубина цианврованного слоя
в быстрорежущей стали
Продолжи- тельность выдержки, мин.	Глубина слоя, мм при содержании цианистого натрия, %	
	90	50
5	0,008	0,006
15	0,020	0,018
30	0,035	0,030
45	0,037	0,035
Таблица 18
Состав вавн для высокотемпературного
цианирования, %
Циани- стый натрий	Желтая кровя- ная соль	Кальцини- рованная сода	Хлорис- тый иатрнй	Хлорис тый каль- ций	Циаи- плав гипх
25	.		15—20	55-60				
30	—	20-25	45—50	—	—
—	30—50		70—50]	—	—
1	—	—	33—36	50—56	7—10
112
шем случае, подвешивать его над ванной. Можно цианировать
и без подогрева, однако в этом случае при загрузке температура
цианистой ванны будет падать, а это дает менее устойчивые ре-
зультаты. После выдержки в ванне инструмент охлаждается до
нормальной температуры, или до 70—90°. Для удаления прилип-
ших солей производится промывка в кипящей воде. Затем инст-
румент прополаскивается в эмульсии и просушивается. Эмуль-
сия предохраняет инструмент от ржавления в течение 1—2 суток
до замасливания. Никакой дополнительной Обработки не тре-
буется. Высокая твердость слоя обеспечивается благодаря боль-
шой концентрации азота в виде нитридов. Это и понятно: ведь
по температуре такой процесс приближается к азотированию.
Высокотемпературное цианирование пригодно для
конструкционных деталей. Процесс идет при температуре 800—
850°. Продолжительность его от 5 до 45 мин. После высокотем-
пературного цианирования детали должны быть подвергнуты
закалке. Специального нагрева для этого не надо. Детали непо-
средственно из цианистой ванны погружают в закалочный бак.
В заключение необходим отпуск при температуре 150—170°.
В табл. 18 приводятся наиболее часто применяемые составы
ванн для высокотемпературного цианирования.
Цианплав ГИПХ так называется потому, что он разработан
Государственным институтом прикладной химии. В состав этого
сплава входит в основном цианид кальция. Он дешевле циани-
стого натрия.
При составлении новой ванны вначале расплавляются ней-
тральные соли, а затем вводят цианистую соль. После этого тем-
тературу подымают до нужного уровня.
В процессе работы содержание цианистой соли в ванне
уменьшается, или, как говорят производственники, ванна исто-
щается. Кроме того, часть соли из ванны уносится вместе с де-
талями, часть испаряется, и уровень ванны постепенно пони-
жается. Поэтому периодически в ванну добавляют цианистую и
нейтральные соли. Убыль цианистых солей восполняется из рас-
чета в среднем 1 % в час от веса соли в ванне. Это так называе-
мое освежение ванны. При освежении цианплавом на поверхно-
сти ванны выделяется черная пена, которую нужно удалять чер-
паком. Не следует, однако, стремиться удалить ее полностью.
Напротив, наличие тонкого слоя пены уменьшает истощение
ванны и снижает потери тепла через зеркало. Содержание циа-
нистых солей в ванне контролируется 1—2 раза в смену. Полный
анализ состава ванны можно производить 1—2 раза в неделю.
Опытный термист должен руководствоваться не только дан-
ными химического анализа, но внимательно следить за состоя-
нием ванны. При разложении цианистой соли, кроме углерода
и азота, образуется сода. Содержание ее в ванне постепенно
увеличивается, что приводит к потере жидкотекучести. Соль на-
8 Заказ № 402	113
липает на детали, а это ухудшает качество закалки, особенно
при охлаждении в масле. Добавление поваренной соли восста-
навливает жидкотекучесть. Вот почему важно выдержать соот-
ношение в содержании солей, рекомендованное в таблицах.
В среднем можно считать, что на ванну с тиглем емкостью
130—150 кг расходуется 1,3—1,5 кг!час цианистого -натрия и
0,8—1,0 кг/час поваренной соли.
а)
Фиг. 54. Приспособления для загрузки деталей в ванну
при цианировании.
Нужно стремиться поддерживать постоянный уровень солей
в ванне так, чтобы при незагруженной ванне расстояние от зер-
кала до краев тигля составляло 120—150 лии.
Не следует повышать производительность ванны путем уве-
личения ее загрузки, так как при этом произойдет падение тем-
пературы и уменьшится скорость процесса. Вес садки должен
быть не более */3 от веса расплавленных солей.
Контроль и соблюдение температурного режима при циани-
ровании имеют особо важное значение. Дело в том, что с повы-
шением температуры цианирования скорость разложения циа-
114
нистых солей и скорость проникновения углерода в поверхность
детали увеличиваются, но насыщение азотом уменьшается. При
температуре свыше 900° насыщения азотом почти не происходит,
и процесс приближается к цементации. Качество слоя не будет
соответствовать техническим требованиям.
Цианированию подвергаются детали после окончательной
механической обработки без припусков или с небольшим при-
пуском для шлифования и полирования. Только при глубоком
цианировании припуск на шлифование бывает до 0,25 мм. Если
отдельные места детали нужно защитить от цианирования, то
их подвергают местному омеднению, хотя это не так надежно,
как при цементации.
Для погружения деталей в ванну применяют разнообразные
приспособления. Мелкие детали загружаются в дырчатые кор-
зины (фиг. 54, а). Детали средних размеров связывают прово-
локой по несколько штук. Детали с отверстиями подвешивают
на крючках (фиг. 54, б). Детали удлиненной формы (валики,
сверла и др.) можно цианировать с помощью приспособления,
показанного на фиг. 54, в. Детали пропускаются через отверстие
в верхней плите и упираются в нижнюю. Если цианируемые де-
тали имеют бурт или конус, то их можно укреплять в приспособ-
лении в виде диска с отверстиями (фиг. 54, г). При необходимо-
сти можно производить цианирование не по всей длине детали.
Для этого приспособление опускается в ванну, так что верхние
концы деталей остаются над ее поверхностью. Закалка при
помощи такого приспособления может производиться по-
штучно.
Иногда с целью уменьшения коробления сложных по форме
деталей, а также для некоторого уменьшения длительности циа-
нирования применяют предварительный подогрев деталей в печи
с температурой 350—650°. Такой подогрев, кроме того, гаран-
тирует отсутствие влаги на деталях перед погружением их в
ванну, что очень важно. Цианирование, проводимое при тем-
пературе 840—870°, заканчивается непосредственной, закалкой
в воде или масле, после чего производят низкий отпуск при тем-
пературе 160—180°.
Контроль глубины цианированного слоя производится по
излому контрольных образцов или по микрошлифу. Твердость
при небольшой глубине слоя на мелких деталях контролируется
тарированным напильником, а при большой глубине — на при-
боре Роквелла. При глубине слоя 0,1—0,2 мм твердость полу-
чается в пределах 30—45 Rc, а при глубине свыше 0,3 мм твер-
дость достигает 60 Rc.	х
Большим недостатком жидкостного цианирования является
ядовитость солей. Поэтому в последнее время получает распро-
странение газовое цианирование, которое иногда называют ни-
троцементацией.
8*
115
ГАЗОВОЕ ЦИАНИРОВАНИЕ
Насыщение поверхности деталей углеродом и азотом при га-
зовом цианировании происходит в газовой среде, состоящей из
смеси 70—80% цементирующего газа и 20—30% аммиака. Це-
ментирующим газом может быть как натуральный, так и газы,
получаемые из жидких карбюризаторов (бензола, керосина,
масла и др.). Газовое цианирование требует больше времени,
чем жидкостное (от 1 до 8 час.), так как нагрев в газовой среде
идет медленнее, чем в жидкой.
По сравнению с газовой цементацией газовое цианирование
имеет ряд преимуществ: 1) меньшую длительность процесса,
2) более низкую температуру, а значит, и меньшее коробление
деталей, 3) более низкую стоимость обработки. Слой, получен-
ный при газовом цианировании, имеет износостойкость, в два
раза большую, чем при газовой цементации. Правда, он более
хрупок и потому хуже работает при больших давлениях и удар-
ных нагрузках.
В отличие от жидкостного цианирования при газовом невоз-
можно осуществить местную обработку иначе, как с примене-
нием защитных покрытий. По этой причине сварной инструмент
газовому цианированию не подвергается.
Газовое цианирование, как и жидкостное, бывает низкотем-
пературным (для инструмента из быстрорежущих сталей) и вы-
сокотемпературным (для конструкционных деталей). Первое
производится при температуре 550°, второе — при 750—900°.
После высокотемпературного цианирования нужны закалка
и нижний отпуск, после низкотемпературного никакой обра-
ботки не требуется: термическая и механическая обработка ин-
струмента, включая заточку и шлифовку, производятся до циа-
нирования.
При газовом низкотемпературном цианировании можно при-
менять и малоактивный цементирующий газ, как, например, ге-
нераторный, так как при этом процессе главное значение для
твердости имеет насыщение поверхности азотом.
На Уралмашзаводе были проведены работы, которые пока-
зали возможность получения глубокого слоя толщиной
0,3—0,6 мм при низкотемпературном газовом цианировании.
Оказалось, что если произвести электрохимическое обезжири-
вание инструмента и ввести в муфель алюминиевую стружку,
то такой слой можно получить за 3 час. Температура процесса
при этом 550—600°, состав газа: 20—40% аммиака и 80—60%
пиролизного газа. Оборудованием при газовом цианировании
могут служить как шахтные, так и печи непрерывного действия.
Аммиак и науглероживающий газ подают в печь раздельно.
В табл. 19 указан примерный расход аммиака и карбюризато-
ра при высокотемпературном цианировании.
116
Таблица 19
Расход карбюризатора и аммиака при газовом цианировании
Тип печи	Внутренние рабочие размеры муфеля, мм		Расход	
	диаметр	глубина	карбюризатора	аммиака, л [мин
Ц25	 Ц90	 Ц205 	 Печь непрерывного действия 		300 600 740 790x420	450 800 2000 8500 (длина)	Керосин 60—70	ка- пель/мин ...... Естественный газ 4 л/мин 	 Пиробензол 160—180 капель/мин 	 Керосин 1,7—2,5 л/час .	6,5 1,0 6,0 9,0
Температура процесса может выбираться в пределах от
850 до 930°. Выдержка зависит от требуемой глубины слоя.
Примерно можно считать, что газовое цианирование идет со
скоростью 0,20—0,25 мм/час.
Опыт применения газового цианирования на заводах пока-
зал, что это прогрессивный технологический процесс, который
позволяет повысить долговечность деталей в работе и снизить
стоимость их обработки по сравнению с цементацией в
1,5—2 раза.
На Московском заводе малолитражных автомобилей ше-
стерни коробки перемены передач подвергаются газовому циа-
нированию в печах непрерывного действия с использованием
газов: пропана и аммиака. Печь имеет три зоны с температура-
ми соответственно 820, 850 и 860°. После цианирования произво-
дится закалка в масле, затем промывка и отпуск.
На Кунгурском машиностроительном заводе внедрено в про-
изводство газовое цианирование со ступенчатым температурным
режимом.
В течение первых 4 час. происходит обычная газовая цемен-
тация при температуре 920°, а затем температура снижается до
840° и в течение 6—7 час. происходит цианирование. Глубина
цианированного слоя при таком процессе достигает 1,1 —1,5 мм.
В качестве карбюризатора используется вазелиновое масло.
В период цементации расход его составляет 120—150 капель в
минуту, а в период цианирования 80—100 капель в минуту.
Подача аммиака составляет 3 л!мин.
Применение такого процесса, взамен газовой цементации,
позволило сократить общую длительность цикла обработки на
4—5 час. и повысить долговечность обработанных деталей
вдвое.
117
ДЕФЕКТЫ ЦИАНИРОВАНИЯ И ИХ ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ
f	ЖИДКОСТНОЕ ЦИАНИРОВАНИЕ
Хрупкость — это основной вид (брака .при цианировании
инструмента из быстрорежущей стали. Такой дефект возникает
при чрезмерно длительной выдержке или при использовании
концентрированных ванн. Исправить брак по хрупкости инст-
румента можно путем нагрева его в селитряной ванне при тем-
пературе 550—650° с выдержкой в течение 30 мин. Это устраняет
пересыщенность цианированного слоя хрупкими нитридами.
Пониженная глубина и твердость слоя могут
быть следствием истощения ванны или недостаточной выдержки
при цианировании. Систематический контроль состава ванны и
соблюдение технологического процесса — лучшая гарантия про-
тив этих дефектов.
Пониженная и неравномерная твердость воз-
никают при понижении жидкотекучести ванны. При этом проис-
ходит налипание солей на детали, препятствующее равномерно-
му интенсивному охлаждению при закалке. В результате твер-
дость получается неравномерна^, местами пониженная.
ГАЗОВОЕ ЦИАНИРОВАНИЕ
Окалинообразование на деталях происходит в ре-
зультате подсоса воздуха при плохом уплотнении затвора. Что-
бы устранить попадание воздуха, нужно проверить герметич-
ность всех соединений и уплотнений сжатым воздухом.
Пониженная твердость и глубина слоя может
получиться при установке нового муфеля, который вначале сам
будет насыщаться азотом, а также в случае прогара муфеля.
Повышенная влажность газа также препятствует нормальному
процессу. При этом на деталях после цианирования появляется
бурый налет. Во избежание брака нужно устранить причину
увлажнения газа (сменить осушители, удалить конденсат из
газогенератора и т. п.) и, кроме того, проверить состояние
муфеля.
Хрупкость слоя появляется при завышенном содержа-
нии аммиака в составе газа, а также при чрезмерном завыше-
нии температуры процесса.
При химико-термической обработке, как мы уже видели,
упрочнение поверхности деталей связано с изменением химиче-
ского состава поверхностного слоя.
Поверхностное упрочнение можно получить без изменения хи-
мического состава путем специальной термической обработки —
поверхностной закалки или путем специальной механической
обработки, например дробеструйного наклепа.
Существует несколько способов поверхностной закалки: за-
калка с нагревом токами высокой частоты, закалка газопламен-
ная, закалка в электролите и др. Все они в основном отличают-
ся способом нагрева деталей, а сущность их сводится к тому,
что нагреву подвергается лишь поверхностный слой детали, и,
следовательно, при последующей закалке высокую прочность
и износостойкость приобретает только поверхность детали, а
сердцевина ее остается вязкой подобно тому, как это получает-
ся при цементации и других видах химико-термической обра-
ботки.
ЗАКАЛКА С НАГРЕВОМ ТОКАМИ ВЫСОКОЙ ЧАСТОТЫ
Термическая обработка с помощью токов высокой частоты,
как и химико-термическая обработка, позволяет производить по-
верхностное упрочнение детали при сохранении вязкой сердце-
вины. С помощью токов высокой частоты (сокращенно т. в. ч.)
можно произвести нагрев до закалочной температуры поверх-
ностного слоя металла на глубину нескольких миллиметров. Как
и почему нагревается поверхностный слой?
Ток высокой частоты — это переменный ток, т. е. такой, ко-
торый многократно меняется по силе и направлению. Обычный
119
ток в осветительной сети за 1 сек. 50 раз изменяет направление
и 100 раз силу—ют нуля до нескольких ампер и потом опять до
нуля. О таком токе говорят, что он имеет 50 периодов в секун-
ду, или 50 герц (сокращенно гц). Один герц соответствует одно-
му периоду колебаний тока. Токи высокой частоты, применяе-
мые в промышленности, имеют частоту от 5000 до 10 млн. гц
и выше.
Хорошо известно, что электрический ток, проходя по метал-
лу, нагревает его. Глубина нагреваемого слоя зависит от рода
металла и. от частоты тока. Оказывается, чем больше частота,
тем меньше глубина проникновения тока, но тем выше темпера-
тура нагреваемого слоя. Так, чтобы нагреть стальной валик с
поверхности на глубину 2—4 мм нужна частота тока свыше
10 000 гц.
Практически способ нагрева т. в. ч. сводится к следующему.
Деталь не включается непосредственно в цепь тока. Это создало
бы излишние трудности и неудобства в работе. Непосредствен-
но в цепь включается полая медная трубка, изогнутая в виде
нескольких витков по спирали. Иногда бывает только один ви-
ток. Если в эту спираль вставить деталь и включить ток, то про-
хождение переменного тока по медному проводнику вызовет
появление переменного тока такой же частоты и в детали. Такой
способ наведения тока без непосредственного включения про-
водника в цепь ( в нашем случае нагреваемой детали) назы-
вается индукцией. Поэтому медная спиральная трубка получила
название индуктор. Во избежание нагрева самого индукто-
ра внутри медной трубки циркулирует вода. Нагрев детали про-
исходит за очень короткое время, исчисляемое секундами, а ино-
гда и долями секунды. Если теперь быстро охладить деталь
с помощью водяного душа, то она получит закалку.- Таким обра-
зом, закалка т. в. ч. — это обычная поверхностная закалка, от-
личающаяся от других только способом нагрева деталей. Тем-
пература и время нагрева устанавливаются экспериментально,
в зависимости от формы и размеров детали и мощности источ-
ника тока высокой частоты. Таким источником может быть ма-
шинный или ламповый генератор, который с помощью радио-
ламп преобразует обычный ток в высокочастотный.
Для закалки деталей на небольшую глубину применяются
ламповые генераторы с частотой до 10 млн. гц, а для закалки
деталей на глубину свыше 2—3 мм — машинные генераторы
с частотой от 500 до 10 000 гц.
На фиг. 55 показана схема соединения элементов закалочно-
го устройства. Через индуктор 1 проходит нагреваемая деталь 2,
которая крепится в зажимах на вертикальной стойке. Индуктор
получает ток от трансформатора 3, а трансформатор от машин-
ного генератора 4, который вращается с помощью электродви-
гателя. Конденсатор 7 служит для улучшения работы всей уста-
120
Фиг. 55. Схема установки для закалки т. в. ч.
Фиг. 56. Виды индукторов:
а — для одновременного нагрева; б — для непрерывно-последовательного нагрева;
в— для нагрева плоских поверхностей.
121
новки. Дроссель 5 включается в цепь для дополнительного со-
гласования напряжения. Он дает как бы добавочные витки к
трансформатору. Электрогидравлический кран 8 служит для
отсечки воды после окончания закалки. Включение всей уста-
новки производится с помощью электроконтактора 6.
При закалке т. в. ч. в основном применяют два метода. Пер-
вый из них — это метод одновременной закалки, при ко-
тором деталь вращается внутри индуктора. Вращение обеспечи-
вает более равномерный нагрев. Достижение нужной темпера-
туры контролируется по времени. После нагрева индуктор от-
ключается, и автоматически включается подача воды, которая
поступает через множество отверстий, расположенных на внут-
ренней стороне индуктора (фиг. 56, а). Этот метод применяется
для закалки мелких деталей.
Второй метод — и е п р е р ывно-п осл е дов ательвая
закалка. Деталь при нагреве вращается и одновременно переме-
щается в продольном направлении, проходя сквозь кольцо ин-
дуктора. Охлаждающее устройство (спрейер) сделано отдельно
и расположено рядом с индуктором (фиг. 56, б). Для закалки
плоских поверхностей применяют петлевые индукторы
<фиг. 56, в).
Нагрев при закалке т. в. ч. производится до более высокой
температуры, чем при обычной закалке, однако, детали при
этом не перегреваются, так как время нагрева очень короткое и
зерно не успевает вырасти. Зато твердость получается на
2—3 ед. выше (по Роквеллу), а это обеспечивает более высокую
прочность и износостойкость деталей. Наряду с этим, высоко-
частотная закалка имеет следующие преимущества: 1) высо-
кую производительность; 2) минимальное коробление; 3) отсут-
ствие окалины; 4) легкость регулировки требуемой глубины за-
калки; 5) возможность автоматизации всего процесса закалки;
6) облегчение труда рабочих.
Во многих случаях закалка т. в. ч. позволяет применить для
деталей дешевые углеродистые стали взамен легированных без
снижения качества деталей. Объясняется это тем, что такие
важные преимущества легированных сталей, как глубокая про-
* каливаемость и меньшее коробление не имеют при закалке
т. в. ч. большого значения. В самом деле: глубину закалки
д. в. ч. можно регулировать по необходимости, а коробление при
этой закалке очень незначительное, так как нагреву подвер-
гается не вся деталь, а только ее поверхностный слой. Чаще
всего закалке т. в. ч. подвергаются детали из сталей 45, 40Г,
ЧОХ. Чугун также можно подвергать такой закалке.
После закалки т. в. ч., как и обычно, производится отпуск,
по можно осуществить закалку т. в. ч. с с а мо отп у с к о м. Она
заключается в том, что охлаждение детали не доводят до конца,
-а прерывают его с таким расчетом, чтобы оставшееся тепло обес-
Л22
печило температуру 200—250°, необходимую для низкого отпу-
ска.
Работы последних лет показали, что с помощью т. в. ч. мож-
но производить не только поверхностный, но и сквозной нагрев
деталей. Это значительно расширит в ближайшее время область
применения индукционного нагрева. Уже сейчас на некоторых
заводах нашей страны свыше 50% деталей обрабатывается
с помощью т. в. ч. Это коленчатые валы, шестерни, поршне-
вые пальцы, кулачковые валики, гильзы цилиндров и многие
другие. К недостаткам закалки т. в. ч. относится трудность, а
подчас и невозможность изготовления индуктора для деталей
сложной конфигурации.
НАГРЕВ ПОД ЗАКАЛКУ ГАЗОКИСЛОРОДНЫМ
ПЛАМЕНЕМ
Нагрев газокислородным пламенем осуществляется с по-
мощью обычных горелок, применяемых, например, при газовой
сварке. Этот метод необходим во многих случаях, когда трудно
или невозможно применить другие известные методы нагрева.
Например, при закалке направляющих станин, прокатных вал-
ков и т. п. деталей.
Фиг. 57. Способы нагрева газокислородным пламенем:
а — последовательный; б — одновременный; в — непрерывно-последовательный.
Пламя кислородно-ацетиленовой горелки имеет очень высо-
кую температуру, около 3000°. Нагрев закаливаемой поверхно-
сти происходит очень быстро. За такой короткий промежуток
времени тепло не успевает распространиться в глубь детали, и
потому нагрев, а значит и закалка, получаются поверхно-
стными.
Степень нагрева поверхности и глубина его распространения
зависят от пламени, его расстояния до детали и особенно от
продолжительности нагрева. Даже незначительная передержка
может вызвать перегрев и пережог детали. Поэтому, если за-
калка производится вручную, требуется очень высокое мастер-
ство и навык термиста.
Существует несколько способов закалки с помощью газокис-
лородного пламени.
123
Последовательный нагрев однопламенной горелкой
(фиг. 57, а). Деталь вращается, а горелка перемещается вдоль,
нее. Нагрев происходит как бы по винтовой линии. Трубка, под-
водящая воду для охлаждения, располагается сразу за горел-
кой. Этот метод, хотя и простой, но дает неравномерную закал-
ку, так как при каждом обороте детали нагрев вызывает отпуск
ранее закаленного кольцевого участка.
'Одновременный нагрев щелевой горелкой (фиг. 57, б)--
Вал, вращаясь, нагревается сразу по всей длине. Нагрев мож-
Фиг. 58. Полуавтоматическая установка для закалки
газокислородным пламенем направляющих станин.
но осуществить при медленном вращении за один оборот или
при быстром вращении за несколько оборотов. В первом случае
при окончании полного оборота вала пламя горелки будет дей-
ствовать на ранее закаленный участок, вызывая полосу отпуска.
Во втором случае этого не будет, но значительно возрастет рас-
ход газа.
Непрерывно-последовательный напрев многопла-
менной кольцевой горелкой (фиг. 57, в). Охлаждающий спрейер
делается также кольцевой и располагается рядом с горелкой.
Деталь вращается, а горелка и спрейер перемещаются
вдоль нее. Такой метод применяется при закалке длинных
деталей, прокатных валков, осей. Иногда неправильно относятся
к методу закалки с помощью нагрева газокислородным пламе-
нем, как к отсталому и кустарному. В настоящее время приме-
няются автоматические установки, в которых нагрев газокисло-
родным пламенем производится точно по заданному режиму.
Так, в станкостроении для увеличения износостойкости на-
правляющих станин токарных и револьверных станков произво-
124
дят поверхностную закалку газовым пламенем. Такая закалка
осуществляется путем последовательного нагрева закаливаемой
поверхности передвижной керосино-кислородной горелкой и
быстрого охлаждения передвижной струей воды. С этой целью
используется полуавтоматическая установка, показанная на
фиг. 58. Балка 1 является основанием для полуавтомата 3, в ко-
тором имеется горелка 7 со специальным мундштуком 6 и труб-
ка 5 с краном 4 для подачи воды, укрепленные в державке 8.
Полуавтомат перемещается с помощью электродвигателя, от ко-
торого через шестерни вращение передается на ролики 9. Ско-
рость перемещения автомата можно регулировать реостатом 2.
Керосин подается из бачка под давлением 2—3 ат, кислород —
из баллона. Степень нагрева контролируется по цвету поверх-
ности. На чугунной станине получается закаленный слой глуби-
ной до 4—5 мм с твердостью 40—451 Rc-
ПОВЕРХНОСТНАЯ ЗАКАЛКА В ЭЛЕКТРОЛИТЕ
Электролитом называется раствор соли или иного вещества,
который при прохождении тока разлагается. Способ поверхно-
стной закалки в электролите заключается в том, что деталь, по-
груженная в ванну с элек-
тролитом, при пропускании
через нее постоянного тока
нагревается, в то время как
сам электролит остается хо-
лодным. При выключении
тока электролит выполняет
роль закалочной жидкости.
Если для закалки требуется
другая охлаждающая среда,
например масло, то нагрев
производят таким же обра-
зом, а охлаждение в от-
дельном баке.
Для закалки с нагревом
в электролите применяется
ток напряжением 220 в и
плотностью 3—4 а на 1 см2
поверхности детали.	Фиг. 59. Схема закалки в электролите-
В качестве электролита
берется водный раствор кальцинированной соды. Нагрев проис-
ходит очень быстро —всего за несколько секунд, а потому этот
способ закалки очень производителен и пригоден при массовом
производстве.
На фиг. 59 показана схема установки для нагрева и закалки
деталей в электролите. В ванну 1 погружается нагреваемая де-
125
таль 2. Она играет роль катода и подсоединяется к отрицатель-
ному полюсу генератора постоянного тока 3. При пропускании
тока образующийся в электролите водород собирается в виде
пузырьков вокруг детали, создавая подобие сплошной рубашки.
Водород — плохой проводник тока, поэтому электросопротивле-
ние на катоде сильно возрастает, и деталь быстро разогревается
до высокой температуры. Метод поверхностной закалки в элект-
ролите с успехом применяется на многих заводах. Преимущест-
ва этого метода требуют его гораздо большего распространения.
На Алтайском тракторном заводе для поверхностной закал-
Фиг. 60. Схема установки для гакэлки роликов
с нагревом в электролите.
ки ободьев поддерживающих роликов трактора ДТ-54 применя-
ется автомат АЭ-19. Схема его показана на фиг. 60. В средней
части автомата расположена ванна 6 для нагрева. Над ванной
подвешен маятник 5, работающий при помощи пневматической
системы 3. Маятник отклоняется вправо и влево на 40°. В ниж-
ней части маятника имеется пневматическое устройство для за-
жима обрабатываемых деталей. В начале работы маятник дви-
жется вправо к загрузочному устройству 4, где находятся под-
лежащие закалке ролики. Захватив деталь, маятник отклоняет-
ся влево и над ванной 6 останавливается в вертикальном поло-
жении. При этом ободья обрабатываемого ролика погружаются
в электролит на заданную глубину. Ролик при вертикальном по-
ложении маятника вращается, и его ободья в течение 3 мин. на-
греваются до закалочной температуры. По окончании нагрева
маятник отклоняется дальше влево и сбрасывает деталь по на-
правляющим в закалочный бак 2, откуда она выгружается тран-
спортером 1. В автомате весь процесс работы (захват ролика,
закалка и выгрузка) автоматизирован. Закалка в автомате
126
исключает образование трещин и не позволяет развиваться по-
верхностным дефектам литья. Производительность автомата—17
деталей в час. Потребляемая мощность 150 кет. Электролит
представляет собой 14—17%-ный водный раствор кальциниро-
ванной соды Na2CO3.
ДРОБЕСТРУЙНЫЙ НАКЛЕП ДЕТАЛЕЙ
Дробеструйный наклеп — это способ упрочнения поверхности
деталей, который относится не к термической, а к механической
обработке. Но поскольку дробеструйная обработка всегда сле-
дует непосредственно за термической и производится в терми-
ческих цехах, а также поскольку дробеструйная обработка за-
меняет сейчас пескоструйную при очистке деталей от окали-
ны, квалифицированному термисту полезно знать, в чем сущ-
ность такой обработки.
Дробеструйному наклепу можно подвергать самые разнооб-
разные по форме и размерам детали, начиная от маленьких
пружин и кончая штоками паровоздушных молотов весом в не-
сколько сот килограммов. Такой обработке подвергаются ше-
стерни, валики, рессоры и множество других деталей. Основная
цель обработки дробью — повысить долговечность работы де-
талей, или, как говорят, повысить их усталостную прочность.
Подавляющее большинство деталей испытывает в работе мак-
симальные напряжения у поверхности. Поэтому основной путь
повышения усталостной прочности — это упрочнение поверхно-
сти. Дробеструйный наклеп не только упрочняет поверхность, но
и создает остаточные напряжения в детали, которые оказыва-
ются полезными.
Упрочнение поверхности при дробеструйной обработке легко
объяснить. В специальной установке имеется турбина с лопат-
ками, которая при быстром вращении с большой силой выбра-
сывает струю дроби. Ударяясь о поверхность обрабатываемой
детали, дробинки оставляют след в виде лунки. Каждый удар
вызывает в небольшом участке поверхности холодную пласти-
ческую деформацию, которая сопровождается наклепом, т. е.
упрочнением.
Еще больший эффект получается благодаря созданию на по-
верхности остаточных сжимающих напряжений. Откуда берутся
такие напряжения? Представим себе металлическую пластинку,
которая с одной стороны подверглась обработке дробью. Срав-
ним величину поверхности пластины до и после обработки дробью
(фиг. 61). Ясно, что после обработки поверхность, покрытая
лунками от ударов дроби, должна быть больше. Но увеличению
размера поверхностного слоя мешают нижележащие слои ме-
талла, с которыми он связан. Эти слои, препятствуя уширению,
будут вызывать в поверхностном слое сжимающие остаточные на -
127
пряжения. Но что же в этом хорошего? Представим себе обыкно-
венную автомобильную рессору, набранную из отдельных ли-
стов. Под нагрузкой на верхней стороне листов от изгиба возни-
кают растягивающие напряжения. Предположим, что величина
их равна 50 кг/мм2. Если теперь наклепать листы дробью, то в
поверхностном слое возникнут остаточные сжимающие напря-
жения. Пусть величина их равна 20 кг!мм2. В результате в рес-
Фиг. 61. Схема действия дробеметной установки.
соре будут действовать напряжения, равные разности
50—20=30 кг/мм2. Значит, и рессора будет более долговечной.
Размер дроби зависит от размеров детали и требуемой глу-
бины наклепа. Чем больше диаметр дробинок, тем сильнее удар
и тем глубже наклеп. Но следует иметь в виду, что при этом
больше получается и шероховатость поверхности. Кроме того,
крупная дробь не попадает в галтели и углы, где как раз наи-
более важно произвести упрочнение, так как в этих местах
обычно и начинается разрушение. Наиболее употребительный
размер дроби 0,8—1,2 мм. Она изготовляется из отбеленного
чугуна или из твердой стали. Срок службы стальной дроби в
10 раз больше, чем чугунной, но она, конечно, дороже.
Наклеп дробью должен производиться после окончательной
механической и термической обработки деталей.
Часто бывает так, что однотипные детали та различных
заводах обрабатываются по разным технологическим процессам.
Одни из них лучше, более совершенны, другие хуже. Но даже
самый совершенный технологический процесс не остается по-
стоянным и со временем изменяется вместе с изменением уров-
ня техники и организации труда. Поэтому приводимые далее
примеры технологии термической обработки и механизации
процессов не следует считать вполне совершенными. Они за-
служивают внимания потому, что рассказывают об опыте раз-
ных заводов, показывают преимущества и недостатки данной
технологии и могут вызвать у передовых рабочих-новаторов
стремление к дальнейшему усовершенствованию технологии,
к механизации и автоматизации процессов термообработки.
МОЛОТОВЫЕ ШТАМПЫ
Мелкие и средние штампы подвергаются вначале механиче-
ской обработке, а затем уже термической. В крупных штампах
такая последовательность обработки может вызвать большое
коробление и искажение размеров рабочей фигуры. Поэтому
вначале производят термическую обработку, а затем — механи-
ческую. Правда, в этом случае штампы должны иметь более
низкую твердость, чтобы их можно было обрабатывать режу-
щим инструментом, а снижая твердость, мы снижаем и стой-
кость штампа. Но крупные штампы имеют настолько большую
массу, что при закалке в масле было бы трудно получить высо-
кую твердость, а усиливать их охлаждение нельзя из-за опасно-
сти образования трещин. Для крупных штампов применяют про-
межуточный вариант обработки: делают предварительную ме-
9 Заказ № 4Э2
129
ханическую обработку, затем термообработку и в заключение —
окончательную механическую обработку.
Наилучшими сталями для штампов горячей штамповки яв-
ляются стали марок 5ХНМ, 5ХНВ, 5ХНТ и 5ХНС. Режимы тер-
мической обработки этих сталей сходны и сводятся к следую-
щему: нагрев до температуры 850°, закалка в масле, охлажде-
ние в масле до температуры 200—150°, незамедлительный отпуск
при температуре 520—600°.
Перед закалкой рекомендуется подстуживание до 750°. Это
уменьшает закалочные напряжения, коробление и улучшает ка-
чество закалки.
До последнего времени применяли ступенчатый нагрев штам-
пов с выдержкой при температуре 600°. Жизнь идет вперед и
вносит поправки в установившуюся технологию. На ряде
заводов отказались от предварительного подогрева штампов, а
производят посадку их прямо в печь, имеющую рабочую темпе-
ратуру закалки.
Если закалка производится после механической обработки,
когда штамп уже имеет готовую гравюру, то нужно применять
меры против окисления при нагреве под закалку. С этой целью
рабочую поверхность штампа засыпают отработанным карбю-
ризатором или пережженной чугунной стружкой (фиг. 30).
Если в печь загружается несколько штампов, то для лучшего
прогрева их надо устанавливать на расстоянии 100—150 мм один
от другого. Класть штамп нужно гравюрой вниз в железный
ящик с карбюризатором либо гравюрой вверх, засыпая карбю-
ризатор сверху. Установка гравюрой вверх требует обмазки
слоем глины, но зато обеспечивает лучший прогрев рабочей по-
верхности. Штампы тяжелые, и перемещать их в процессе
охлаждения в баке трудно. Для лучшего отвода нагретого масла
от штампов в баках устанавливают масляные души или подво-
дят воздух, вызывающий бурление и перемешивание масла
(фиг. 62).
Штампы после закалки охлаждать до комнатной темпера-
туры нельзя. При быстром охлаждении возникает большая раз-
ница между температурой поверхности и середины. Это приво-
дит к большим напряжениям, а при охлаждении до цеховой
температуры — даже к трещинам. Поэтому охлаждение ведут
до 150—200°, после чего штампы вынимают из бака и сразу за-
гружают в отпускную печь. Чтобы определить момент, когда
штамп, охлаждаясь в баке, достигнет такой температуры, нужен
некоторый навык. Если температура опустится ниже 200—180°,
то при выносе штампа масло над поверхностью ванны не вспы-
хивает, а слегка дымит. В то же время, если температура штам-
па не опустилась ниже 130—150°, то капля влаги, попадая на по-
верхность штампа, должна мгновенно испаряться.
Штампы средних размеров, но со сложной гравюрой, а так-
138
же крупные штампы можно закаливать не в масле, а с помощью
воздушного душа. С этой целью штамп хвостовиком устанавли-
вается в металлический ящик, заполненный слоем речного
песка толщиной 1 эО—200 мм. Боковые стороны штампа засы-
Фкг. 62. Закалка штампа масляным душем.
Фиг. 63. Закалка штампов воздушным душем.
паются песком на высоту 120—160 мм. Это обеспечивает замед-
ленное охлаждение хвостовика. Сверху на гравюру подается че-
рез душирующую воронку сжатый воздух (фиг. 63).
Температура отпуска зависит от требуемой твердости и раз-
меров штампа. Она принимается в следующих пределах:
Температура
отпуска, °C
Мелкие штампы ................ 540+10
Средние штампы.............’	560±10
Крупные штампы. ......	580±10
Твердость, опреде-
ляемая диаметром
отпечатка по
Бринеллю, мм
2,9-3,1
3,1—3,3
3,3—3,5.
9*
13Г
132
Хвостовая часть штампа является опорной и воспринимает
всю силу ударов при штамповке. В то же время она имеет ост-
рые углы и резкие переходы. Поэтому хвостовики штампов до-
полнительно отпускаются на пониженную твердость порядка 0НВ
3,4—3,6 мм в щелевых печах (фиг. 64) или в ваннах. Для штам-
пов средних и малых размеров можно применить закалку с са-
моотпуском. Делается это так: штамп нагревается под закалку,
затем рабочая часть его охлаждается в воде под душем. Хво-
стовая часть остается нагретой. Затем быстро наждаком зачи-
щают рабочую поверхность, и при появлении синего цвета
штамп переносят для окончательного охлаждения в масляный
бак. Чтобы не было резкого перехода от высокой температуры
к низкой при неполном погружении в воду, штамп нужно непре-
рывно перемещать вверх и вниз. Отпуск здесь происходит бла-
годаря теплу хвостовой части.
Иначе решил вопрос с отпуском хвостовика термист-новатор
Люберецкого завода им. Ухтомского т. Вавилов. Он производит
нагрев штампа на противне с бортами. В этот противень засы-
пается слой чугунной стружки и отработанного карбюризатора,
на который устанавливается штамп фигурой вниз. На одной из
стенок противня имеется отверстие. Это отверстие, как и зазор
между штампом и стенками противня, перед нагревом замазы-
вается смесью огнеупорной глины с растертым асбестом. После
того как штамп нагреется, он извлекается из печи и ставится
на хвостовик. Глина в отверстии противня пробивается, и туда
вплотную к штампу заводится термопара (фиг. 65). Когда тем-
пература штампа достигнет 720°, хвостовик уже будет охлажден
до 500—550°. Штамп извлекается из противня, очищается ме-
таллической щеткой и погружается в закалочный бак. Фигура
штампа при этом закаливается на твердость до 388 по Нс, в
то время как на хвостовике твердость получается не более
285 по Нв.
Такой прием обработки штампов может оказаться полезным
при отсутствии специального оборудования для отпуска хвосто-
виков.
Ф. Н. Тавадзе и Е. К- Ковшиков предложили и внедрили на
ряде заводов новый способ закалки, сокращающий длитель-
ность цикла термообработки штампов.
Нагретый до закалочной температуры штамп перед погру-
жением в масло накрывают со стороны хвостовика коробом
(фиг. 66). Ребра, приваренные на внутренней стороне короба,
обеспечивают зазор между штампом и стенками короба
25—40 мм на сторону. Штыри для удержания штампа проходят
через отверстия в коробе. В таком виде штамп погружают в
масло. Воздух в коробе препятствует проходу масла к хвостови-
ку. Поэтому хвостовик подвергается нормализации, и необхо-
димость в дополнительном отпуске отпадает.
133
КРУПНОГАБАРИТНЫЕ ДЕТАЛИ
отливки
Термическая обработка ответственных стальных отливок —
совершенно обязательная операция. Она необходима для устра-
нения крупнозернистости, которая всегда бывает в литой стали,
для улучшения обрабатываемости режущим инструментом и,
наконец, для снятия внутренних напряжений, которые неизбеж-
но возникают при охлаждении.
часы
Фиг. 67. График отжига крупногабаритных
отливок.
Все это достигается отжигом.
Кроме отжига, для
получения высоких ме-
ханических свойств от-
ливки могут подвер-
гаться и другим видам
термообработки.
Отжиг крупных от-
ливок имеет некоторые
особенности. На заво-
дах тяжелого машино-
строения обрабатыва-
------ ют стальные отливки,
вес которых превыша-
ет 100 т. Это детали
турбин, ползуны, ци-
линдры и другие круп-
ногабаритные отливки. Все они подвергаются отжигу. Кроме
того, ряд деталей проходит нормализацию, закалку и отпуск.
Характерной особенностью всех видов термообработки является
осторожный, замедленный нагрев.
Статоры турбин весом в 25 т из стали марки 35Л проходят
отжиг по режиму, который графически показан на фиг. 67. От-
ливки секторов поступают из литейного цеха еще не остывшими
с температурой примерно 200°. При этой температуре дается
выдержка 2 час., а затем в течение 8 час. температуру поднима-
ют до 650° и дают выдержку 2 час. Далее за три часа темпера-
туру поднимают до 880—900°. Охлаждение ведут медленно
с печью при закрытых крышках и шиберах до 200° в течение
24 час. Таким образом, общее время операции отжига состав-
ляет 47 час.
Бегуны весом 400 кг и ходовые колеса весом 800 кг, отлива-
емые из сталей марок 40ГЛ и 50Л, подвергают закалке в мас-
ле и отпуску. Общее время длительности цикла термической об-
работки составляет 45—47 час. Охлаждение при закалке ведется
до температуры 180—200°, после чего детали поступают на
отпуск.
134
поковки
На Невском машиностроительном заводе им. Ленина и дру-
гих заводах тяжелого машиностроения обрабатываются ответ-
ственные детали турбин и компрессорных машин. Поковки, из
которых изготовляются эти детали, отличаются большими
размерами: диаметр деталей типа валов и роторов достигает
400—450 мм.
При первичной термической обработке поковок, т. е. при об-
работке сразу после ковки, главное — это снятие напряжений,
выравнивание структуры и предупреждение флокенов. В куз-
нечных цехах в целях борьбы с флокенами применяют замед-
ленное охлаждение после ковки, однако, это далеко не всегда
дает нужный результат. Многочисленными исследованиями уста-
Время
Фиг. 68. График режима термической обработки крупных поковок.
новлено, что надежным средством предотвращения флокенов
является длительная выдержка поковок при температуре
600—650°, когда аустенит переходит в перлит. Водород — винов-
ник флокенообразования—при этой температуре уходит из ста-
ли. По существу это изотермический отжиг. Однако при обра-
ботке легированных сталей превращение аустенита в перлит при
этой температуре требует слишком длительной выдержки.
Ускорить это превращение можно предварительным переохлаж-
дением аустенита до 230°.
На Невском заводе для поковок из хромоникелевой стали
разработан следующий режим (фиг. 68). Поковки накаплива-
ются в печи до нужной садки при температуре 650°, затем сле-
дует переохлаждение до 230° и нагрев до температуры изотер-
мической выдержки. Этим обеспечивается надежное удаление
водорода, а значит, и предупреждение флокенов. Дальше сле-
дует подъем температуры до 860°, при которой происходит
отжиг, выравнивающий структуру. Затем дается охлаждение до
230° и новый подъем температуры до 650°, который обеспечивает
отпуск стали для облегчения механической обработки поковок.
По сравнению с режимами других заводов такой режим обес-
печивает снижение общего времени термообработки на
20—25%.
135
ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ
ТЕПЛА НАГРЕВА ПОД ШТАМПОВКУ
Термическая обработка непосредственно после штамповки
сокращает длительность цикла обработки и снижает ее стои-
мость. Сущность такой обработки сводится к тому, что детали
после штамповки охлаждаются в определенных условиях, обес-
печивающих получение таких же свойств, как после отдельно
проведенной термической обработки.
На московском автомобильном заводе им. Лихачева поков-
ки шатуна, всасывающего клапана двигателя и вилки кардан-
ного вала закаливались непосредственно после штамповки, а
затем подвергались высокому отпуску на требуемую твердость.
Результаты по механическим свойствам получены примерно
такие же, как и при отдельном проведении процесса термиче-
ской обработки. На Челябинском тракторном заводе внедрен
в производство технологический процесс с непосредственной за-
калкой после штамповки клапанов двигателя.
Термическая обработка с использованием тепла ковочно-
штамповочного нагрева должна найти широкое применение,
однако в каждом отдельном случае она требует тщательной и
всесторонней проверки.
СВЕТЛАЯ ЗАКАЛКА
На Челябинском тракторном заводе освоена светлая закал-
ка крепежных деталей трактора в щелочных средах. Для этого
первоначально было использовано имеющееся в цехе оборудо-
Фиг. 69. Приспособление для нагрева
болтов.
вание с некоторыми пе-
ределками. Электродная
соляная ванна передела-
на из шестигранной в
прямоугольную. Это да-
ло повышение произво-
дительности труда при
нагреве. Из селитряных
ванн сделаны щелочные,
причем, взамен литых ни-
хромовых тиглей уста-
новлены железные, свар-
ные. Технологический
процесс разработан по
двум вариантам:
1) изотермическая закалка в щелочи с температурой
350—450°;
2) горячая закалка в расплаве из 75% едкого калия и 25%
едкого натра при температуре 180—220° С с последующим высо-
ким отпуском при 380—400° (см. стр. 75).
136
Выбор варианта в основном зависит от требуемой твердости.
И в том и в другом случае поверхность деталей получается чи-
стой, светлой; резьба сохраняет свои размеры.
Болты с готовой резьбой вставляются в приспособление
(фиг. 69) и загружаются в соляную ванну для нагрева с тем-
пературой 850—880°. Время выдержки выбирается из расчета
0,5 мин. на 1 мм сечения. Далее по первому варианту детали
быстро (за 2—3 сек.) переносятся из соляной ванны в щелочную
и выдерживаются 10—15 мин. Затем следует охлаждение и про-
мывка в горячей проточной воде и в заключение — пассивирова-
Фиг. 70. Щелочная ванна с подвесной корзиной.
ние, т. е. обработка поверхности растворами, которые обеспечи-
вают создание защитных пленок, предохраняющих детали от
ржавления. По второму варианту охлаждение производится в
щелочи при температуре 180—220°, выдержка 10—15 мин. с по-
следующим отпуском в щелочной ванне при температуре 380—
400°. Затем следует промывка и пассивирование. На болтах из
стали 45 при обработке по первому варианту получается твер-
дость 30—34 А*с, а по второму 45—50 Rc.
Щелочные ванны требуют регулярной чистки один раз в
смену от соли и загрязнений. Для удобства чистки в ванну под-
вешивают дырчатую подъемную корзину (фиг. 70). Храповик /
служит для подъема и фиксации положения корзины 3. Пере-
мешивание ванны осуществляется крыльчаткой 4, получающей
вращение от привода 2.
В последнее время произведены опыты, которые показали,
что закалку в щелочах можно совместить с операцией оксиди-
рования, т. е. создания защитных пленок окислов на поверхно-
сти деталей. Для этого необходимо добавить в щелочную ванну
нитрит или нитрат натрия (NaNO2 или NaNO3). Состав ванны
137
подбирается в зависимости от. требуемой температуры закалки.
При выборе состава ванны можно пользоваться данными
табл. 20.
Таблица 20
Состав ванны при совмещении светлой закалки с оксидированием
Состав ванны, % (по в.-су)	Температура плавления, °C	Температура применения, °C
80% Na ЭН+20 % NaNO.,		250	280—550
70% NaOH+20% Na NO2 + 10% NaNO3	260	280—550
95% NaOH+5% NaNO3	’.	;	270	300—550
ЦЕНТРОБЕЖНАЯ ЗАКАЛКА КОЛЕЦ
На Государственном подшипниковом заводе в г. Свердловске
разработан и внедрен новый способ закалки подшипниковых ко-
лец. Раньше кольца средних и крупных размеров закаливались
вручную по одному.
Это не обеспечивало
равномерной твердо-
сти, а главное, полу-
чался большой брак
по короблению. По но-
вой технологии нагре-
тое в печи кольцо по-
мещается в специаль-
ное приспособление в
закалочном баке (фиг.
71),в котором оно вра-
щается со скоростью
250—350 об/мин. Для
более интенсивного
Фиг. 71. Центробежная закалка колец. охлаждения по специ-
альным патрубкам к
наружной и внутренней поверхности кольца подводится масло
под давлением . 1—1,5 атм. Длительность охлаждения кольца
1—1,5 мин. Применение такого способа закалки позволило
уменьшить брак по низкой твердости и короблению с 20—30%
до 1—2%.
ВЫСОКОПРОИЗВОДИТЕЛЬНАЯ ЗАКАЛКА ШАЙБ
Для закалки шайб, имеющих небольшую толщину при срав-
нительно большом диаметре, на Челябинском тракторном заводе
применяется специальный пневматический пресс с десятью штам-
пами (фиг. 72).
138
На сварной раме 8 смонтирован пневматический цилиндр 7,
распорные стойки 6, направляющие 16, на которых крепятся
штампы 13 и разжимные пружины 14. Рама укреплена на оси 11,
вокруг которой поворачивается все приспособление для погру-
жения штампов с зажатыми шайбами в закалочный бак 9. Пово-
рот осуществляется нажатием на рычаг 3, имеющий противо-
вес 10.
Закаливаемые шайбы 4 устанавливаются с помощью направ-
ляющих угольников 5. До зажима в штампах шайбы удержива-
ются с помощью поворотных угольников 15. При выгрузке зака-
Фиг. 72. Многоместный пресс дли закалки шайб.
ленных шайб эти угольники отводятся рукояткой 2 через соеди-.
пительный трос, и шайбы по решетчатому лотку 12 скатываются
в тару, установленную у закалочного бака.
Перед рабочим окном печи на монорельсе 1 смонтировано
подвесное приспособление 17, обеспечивающее быструю загрузку
и выгрузку шайб. Детали в печи нагревают также в специальном
приспособлении корытообразной формы из жаропрочного спла-
ва. В нем сделаны прорези для установки шайб на таком же рас-
стоянии, как и в подвесном приспособлении. После нагрева шай-
бы с помощью подвесного приспособления выгружают из печи и
заводят в промежутки между штампами до центра направляю-
щих прорезей в верхней части штампов. Затем подвесное приспо-
собление повертывают зубьями вниз и выводят из отверстий
шайб, которые проходят до упора в поворотный угольник пресса.
В цилиндр подается воздух, нажатием на рычаг зажатые шайбы
погружают в масло.
Применение такого способа закалки увеличивает производи-
тельность труда по сравнению с ручным способом на 800—900%.
139
УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ
ОБРАБОТКИ ПРУЖИН
Пружины небольших размеров навиваются из твердой холод-
нотянутой проволоки. Диаметр проволоки для таких пружин
обычно не превосходит 6—8 мм. Проволока изготовляется из уг-
леродистой стали, а сорта ее условно обозначаются буквами: В—
высокая прочность, П— повышенная прочность, Н — нормаль-
ная прочность, ВС — высокое сопротивление, ОВС — особо вы-
сокое сопротивление.
Высокая прочность такой проволоки достигается еще при ее
изготовлении путем особой термической обработки— патентиро-
вания. По существу это изотермическая закалка в расплавлен-
ном свинце, а волочение, благодаря наклепу, придает проволоке
высокую прочность. Термическая обработка пружин, изготовлен-
ных из такой проволоки, сводится только к отпуску при темпера-
туре 200—250° для снятия напряжений, полученных при на-
вивке.
Средние и крупные пружины навиваются из прутков сталей
марок 65Г, 60С2 и др. Термическая обработка таких пружин за-
ключается в закалке и отпуске. При этом рекомендуется руковод-
ствоваться следующими правилами:
1)	нагрев пружин под закалку производить в лежачем по-
ложении либо подвешивать их на приспособление — «елку»
(фиг. 73), иначе пружина под тяжестью собственного веса может
дать осадку;
2)	пружины растяжения, имеющие витки, прилегающие вплот-
ную один к другому, нужно обвязывать так, чтобы их не развело
при нагреве;
3)	длинные пружины малого диаметра во избежание короб-
ления перед нагревом нужно насаживать на оправку;
4)	погружение пружин при закалке в охлаждающую жид-
кость во избежание коробления нужно производить в вертикаль-
ном положении;
5)	независимо от марки стали рекомендуется закалку произ-
водить в масле;
6)	для обеспечения равномерных свойств отпуск пружин луч-
ше производить в селитряных ваннах, а если в камерных элект-
ропечах, то обязательно с вентиляторами;
7)	рекомендуемая твердость, на которую нужно производить
отпуск пружин, 40—47 R с.
8)	при проверке твердости витков нужно строго следить за
параллельностью сошлифованных площадок, в противном слу-
чае результаты замеров будут заниженные.
Большая пружина трактора С-80 изготовляется из прутков
стали марки 55С2. Раньше на Челябинском тракторном заводе
почти весь процесс изготовления этой детали осуществлялся
140
вручную. Операции производились в следующем порядке: от-
тяжка концов прутка на конус, нагрев до 900—950°, навивка на
завивочной машине, растяжка, нагрев до 840—880°, закалка
в воде с выдержкой в баке 1—1,5 мин., отпуск.
В настоящее время операции нагрева прутков под навивку
и под закалку совмещены. Все основные операции механизиро-
ваны. Концы прутков оттягиваются в специальных вальцах.
Фиг. 74. Приспособление,
устраняющее деформацию
крупных пружин.
Затем прутки с помощью цепного толкателя загружаются в печь
с температурой 950—1000°. Нагретые прутки навиваются в пру-
жину на специальной машине и после разводки пружины охлаж-
даются в водяном баке. Далее производится отпуск пружин при
температуре 480°.
Новая технология позволила повысить в полтора раза про-
изводительность и снизить брак с 4 до 0,5%. Ликвидирован брак
по торцовым трещинам.
На Невском машиностроительном заводе существенно усо-
вершенствована термическая обработка крупных пружин из
проволоки диаметром 10 мм. Это пружины ответственного на-
значения, изготовляемые из стали 60С2А горячей навивкой.
Технологический процесс изготовления таких пружин включает
следующие операции: 1) горячую навивку на оправке, 2) раз-
водку витков на заданный шаг, 3) термообработку — закалку
141
и отпуск, 4) шлифовку торцов, 5) очистку. Основная трудность
при закалке была связана с поводкой пружины. Раньше пружи-
ны закаливались на оправке. Это устраняло коробление, то зато
в местах соприкосновения с оправкой пружины не прокалива-
лись. 'Сущность ^усовершенствования технологии заключается
в том, что пружины стали калить без оправки, но зато отпуск
производить на оправке в виде трубы, диаметр которой равен
внутреннему диаметру пружины, а длина — свободной ее высоте.
Такое, казалось бы, незначительное усовершенствование сни-
зило трудоемкость изготовления пружин, так как ликвидировало
ручную правку, и повысило выход годных пружин до 100%.
На тамбовском заводе «Комсомолец» термист-новатор
И. П. Рубцов в целях устранения деформации при закалке пру-
жин из десятимиллиметровой проволоки предложил применять
приспособление, показанное на фиг. 74. К кольцу 7 привари-
вается труба 2 с наружным диаметром, на 0,5 мм меньшим
внутреннего диаметра пружины. Труба 4, внутренний диаметр
которой на 0,5 мм больше наружного диаметра пружины, сво-
бодно устанавливается на кольцо. Для доступа охлаждающей
жидкости при закалке пружины в трубах 2 и 4 просверлены
отверстия. Между трубами может входить глухой стакан 3
Между витками пружины устанавливаются полукольцевые
вкладыши 5, имеющие угол подъема и толщину соответствен-
но шагу пружины.
Перед нагревом пружину 6 надвигают на трубу 2, вставляют
вкладыши и надевают трубу 4. Приспособление берут за ручку
1, приваренную к трубе 2, и переносят в печь. Нагретую пру-
жину с приспособлением ставят на плиту, быстро вставляют
стакан 3 и, слегка ударяя по нему молотком, осаживают пру-
жину до номинальных размеров. Затем стакан удаляют, а при-
способление с пружиной погружают в закалочный бак.
При закалке пружин из проволоки 3X13 с помощью описан-
ного приспособления полностью ликвидирован брак по короб-
лению.
ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА ПНЕВМАТИЧЕСКИХ
ЗУБИЛ И ПИК
В металлургическом производстве широко применяются зу-
била и пики из стали У7А. Раньше термическая обработка этого
инструмента заключалась в закалке с самоотпуском. Однако
такая обработка не обеспечивала достаточно высокой стойкости
инструмента.
С целью повышения срока службы пневматических зубил
и пик разработан новый, более совершенный технологический
процесс термической обработки. Сущность его сводится к раз-
дельной закалке и отпуску бойка и рабочей части — острия.
142
Операции проводятся в следующем порядке. После ковки инст-
румент подвергается заточке по шаблону. Затем партиями по
30—40 шт. загружается в печь с температурой 800°. Закалка
оомкз производится в воде путем погружения -его ни глуоинх
1U0—120 мм. После этого инструмент загружается в отпускную
печь. Температура отпуска 320—350°, длительность 1,5—2,0 часа.
Это обеспечивает твердость 40—45 /?с.
Далее для закалки рабочей части (острия) инструмент за-
кладывают в печь с температурой 780°, обеспечивая прогрев на
длине 120—150 мм от конца острия. После этого следует закал-
ка в воде путем погружения на ту же глубину. Отпуск рабочей
части производится при температуре 220°. Это обеспечивает по-
лучение твердости в пределах 54—58 Rc
Пневматические зубила и пики, обработанные по описанному
режиму, показали гораздо 'более высокую стойкость в эксплуа-
тации.
ОБЪЕМНО-ДУШЕВАЯ ЗАКАЛКА ЗВЕНЬЕВ ГУСЕНИЦЫ
Термическая обработка звеньев гусеницы трактора раньше
осуществлялась путем закалки в воде и отпуска. Звено имеет
довольно сложную форму и при закалке в воде на перемычках
между отверстиями возникали трещины, а в утолщенных ме-
стах вследствие образования паровой рубашки твердость была
пониженной. Термисты-новаторы Михайлов и Черезов разрабо-
тали и внедрили новую технологию объемно-душевой закалки.
По существу это двуступенчатая закалка. Звенья нагреваются в.
конвейерной печи до температуры 850°, а затем попадают в за-
калочное устройство под интенсивный водяной душ, где охлаж-
даются в течение 18—20 сек. Это первая стадия'закалки, обес-
печивающая равномерную твердость поверхности благодаря то-
му, что паровая рубашка на деталях устраняется интенсивным
действием водяного душа. После этого звенья сталкиваются в
обычный закалочный бак, где проходят окончательную закалку
в течение 8—10 сек. Затем производится отпуск.
В результате внедрения новой технологии закалки звеньев
достигнуты необходимая глубина закаленного слоя и равномер-
ная высокая твердость рабочей поверхности. Это значительно
повысило износостойкость детали.
ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА
Термическая обработка инструмента является наиболее
сложной и требует от термиста большого навыка и уменья.
Здесь уже недостаточно только хорошего знания и. выполнения
технологического процесса, так как качество обработки зависит
143
от очень многих причин, и не все из них могут быть учтены в
техническом процессе. Нужно высокое мастерство. Поэтому за-
калка инструмента поручается термистам, имеющим наиболее
высокий квалификационный разряд, и являет собой как бы вер-
шину мастерства, к которой должен стремиться каждый тер-
мист.
В настоящее время для изготовления инструментов приме-
няется углеродистая, низколегированная, а также быстрорежу-
щая сталь.
УГЛЕРОДИСТЫЕ И НИЗКОЛЕГИРОВАННЫЕ СТАЛИ
Углеродистая сталь после термической обработки обладает
высокой твердостью и износостойкостью. Однако при нагреве
до 300—4QO0 она уже значительно теряет твердость. При совре-
менных скоростных режимах резания нагрев инструмента мо-
жет быть еще выше. По этой причине углеродистая сталь в на-
стоящее время применяется лишь для инструментов, работаю-
щих при сравнительно небольших скоростях резания. Кроме
того, углеродистая сталь, как нам уже известно, обладает низ-
кой прокаливаемостью. Поэтому ее нельзя применять для инст-
рументов, имеющих большие размеры, как, например, сверла
большого диаметра, ибо в этом случае высокую твердость при
закалке получит только наружный слой, а при больших удель-
ных давлениях, какие возникают при резании, он продавится в
мягкую незакаленную сердцевину. Инструмент же из легиро-
ванной стали прокаливается насквозь даже при закалке в мас-
ле, а такая закалка по сравнению с закалкой в воде уменьшает
коробление и опасность образования трещин.
Из углеродистых сталей наиболее часто для режущего инст-
румента применяются стали У10А и У12А. При расчетной
толщине инструмента до 8 мм закалку следует делать в расплав-
ленной соли при 160—180°; при толщине свыше 8 мм рекомен-
дуется прерывистое охлаждение: вначале в 5%-ном водном рас-
творе поваренной соли до 150—200°, а затем в масле до полно-
го охлаждения. Наиболее распространенные виды брака при
закалке инструмента из углеродистой стали — закалочные тре-
щины, коробление, перегрев.
Для изготовления режущего инструмента применяются низ-
колегированные стали следующих марок: ХВГ, ХГ, 9ХС и
ШХ15. Инструмент с расчетной толщиной до 20 мм рекомен-
дуется подвергать ступенчатой закалке в расплавленной соли,
а свыше 20 мм— в масле. Обработка холодом после закалки
устраняет остаточный аустенит и обеспечивает стабильность
размеров инструмента.
 Стали ХГ и ХВГ имеют одну очень важную особенность.
Это малодеформирующиеся стали. Если применить специаль-
144
ный режим бездеформационной закалки (см. стр. 44), то прак-
тически деформацию можно свести к нулю. Например, для ста-
ли ХГ вместо закалки с температуры 800° в масле применя-
ется закалка с 890° в селитре при температуре 200° с выдержкой
30 мин. и последующим медленным охлаждением до комнатной
температуры.
Некоторые инструменты, как, например сверла, зенкеры, раз-
вертки и др., имеют хвостовики для крепления в станке. Эти
хвостовики должны иметь твердость, более низкую, чем рабочая
часть. Чтобы обеспечить различную твердость на хвостовике и
на рабочей части, производят раздельную местную закалку.
Вначале калят и отпускают хвостовую часть на твердость 30—
45 7?с, а затем — режущую часть. Можно применить ,и другой
вариант: закалить инструмент полностью, а затем отдельно от-
пустить хвостовую и режущую часть. Это легко сделать в соля-
ной. ванне. В табл. 21 приводятся составы ванн для нагрева и
охлаждения углеродистых и легированных инструментальных
сталей.
Таблица 21
Составы ванн для нагрева и охлаждения инструмента
из углеродистой и легированной стали
Наименование операции	Состав смеси	Содер- жание, %	Температура плавления, °C	Рабочая температура, °C
Нагрев		КС1 ВаС12	30 70	640	680—870
Охлаждение		NaNOg KNO3	45 55	153	160—500
При закалке стержневого инструмента, назрев и охлаждение
которых нужно производить в строго вертикальном положении,
можно применить многоместное приспособление, показанное
•на фиг. 75. Приспособление состоит из сварного корпуса 1,
имеющего прямоугольное окно. В боковых стенках окна сдела-
ны шесть полукруглых выемок, предназначенных для помеще-
ния в них инструмента. К корпусу 1 приварена труба, внутри
которой вставлен шток 4. Левый конец штока, к которому при-
креплены шесть пластин 6, проходит в окно корпуса. При пере-
мещении штока вправо при помощи рукоятки 7 пластины 6
зажимают инструмент. Шток фиксируют в положении, обеспечи-
вающем зажим инструмента собачкой 2, заскакивающей в зуб-
чики на штоке 4. Профиль зубчиков позволяет передвигать шток
Ю Заказ №402	1 45
только вправо, т. е. для зажима. Для освобождения зажатого
инструмента необходимо вывести собачку 2 из зацепления (это
достигается нажатием на рычаг 5) и дать возможность штоку 4
под действием пружины 5 переместиться влево.
Фиг. 75. Многоместное приспособление для закалки стержневого инструмента.
БЫСТРОРЕЖУЩАЯ СТАЛЬ
IB последнее время на всех заводах широко внедряются высо-
копроизводительные приемы механической обработки метал-
лов— скоростное точение, скоростное фрезерование, сверление
и др. Это требует применения инструмента, обладающего наибо-
лее высокой стойкостью в работе. Таким инструментом явля-
ется инструмент из быстрорежущей стали. Хотя быстрорежущая
сталь и дороже других инструментальных сталей, применение
ее экономически оправдывается благодаря высокой красностой-
кости, т. е. способности сохранять твердость при температуре
красного каления. На |цроизводстве применяются две марки бы-
строрежущей стали: Р9 и Р18. По красностойкости они пример-
но равноценны. Сталь Р9 несколько дешевле, так как она содер-
жит 9% Дорогостоящего вольфрама, а в стали Р18 вольфрама
18%. Но термисты не любят сталь Р9, так как она склонна к
обезуглероживанию, перегреву и хуже шлифуется. По этой при-
чине сталь Р9 иногда ошибочно считают менее красностойкой,
хотя в действительности понижение ее свойств связано с неудач-
ной термообработкой.
При использовании быстрорежущей стали экономически наи-
более выгодно применять комбинированный инструмент, в ко-
тором режущая часть сделана из быстрорежущей стали, а дер-
146
жавка — из обычной углеродистой. Такой инструмент при за-
калке можно нагревать без предварительного подогрева сразу
до высокой температуры. Если же инструмент изготовлен цели-
ком из быстрорежущей стали, то нагрев ведется с предваритель-
ным ступенчатым подогревом. Почему это необходимо? Вы, оче-
видно, помните — из-за низкой теплопроводности быстрорежу-
щей стали.
Инструменты (небольших размеров, например круглые рез-
цы, плашки и др., можно нагревать с одним подогревом. Снача-
ла инструмент подогревают до 800°, а затем переносят в другую
печь для окончательного нагрева. Такой инструмент можно так-
же нагревать путем многократного погружения в ванну, имею-
щую окончательную температуру закалки.
Крупный инструмент, особенно когда он имеет сложную
форму (фрезы, протяжки и т. п.), нужно греть в три ступени:
первый подогрев до температуры 350—400° (можно в камер-
ных печах), второй — до температуры 800° (в соляной ванне) и
окончательный нагрев до температуры закалки — в другой ван-
не с хлоробариевой солью. Рекомендуемая температура этой
ванны для стали Р9 1230°, для стали Р18 1270°.
Такие ванны делают бестигельными, так как стойкость тиг-
лей при столь высокой температуре ничтожна. Стенки их выкла-
дывают шамотом. На фиг. 76 показана электродно-соляная ван-
на. Видны электроды, опущенные в рабочее пространство печи.
Электрический ток, проходя от одного электрода к другому
через расплавленную соль, разогревает ее, благодаря чему и
обеспечивается нужная температура. Между электродами
создается электромагнитное поле, которое вызывает циркуляцию
соли, в результате чего происходит непрерывное перемешива-
ние состава ванны. Электроды укреплены в зажимах. Ток к ним
подводится от трансформатора. (Регулировка температуры ван-
ны осуществляется путем изменения силы тока.
Часто на производстве существует преувеличенное представ-
ление об опасности работы на соляных ваннах из-за выброса
соли. Действительно, 'если в ванну тем или иным способом по-
падает капля воды, она .мгновенно испарится, объем паров при
высокой температуре также мгновенно увеличивается, и, стре-
мясь вырваться наружу, пары выбрасывают брызги расплав-
ленной соли. Однако опытный термист не допускает этого. Све-
жая соль, которая загружается для пополнения ванны, должна
быть предварительно прокалена. Детали, загружаемые в ван-
ну, должны быть совершенно сухими. С этой целью полезно их
просушивать путем нагрева вблизи ванны. Не приходится гово-
рить о том, что вспомогательный инструмент (клещи, оправки
и т. п.) должны быть также совершенно сухими. Никогда не
следует пренебрегать рукавицами, а при загрузке солей или де-
талей нужно отворачивать лицо.
10*
147
Работа термиста на высокотемпературных соляных ваннах
требует исключительного внимания, иначе неизбежен брак.
Прежде всего должна быть полная уверенность в правильности
показаний приборов. Для этого необходимо систематически, не
реже одного раза в сутки, проверять показания радиационного
пирометра контрольной термопарой. Не реже 2—3 раз в смену
нужно осторожно протирать мягкой салфеткой линзу пиромет-
ра. Нельзя допускать случайных толчков, которые могут сбить
настройку пирометра. Термист не должен сам регулировать пи-
рометр, но обязан проследить, чтобы это своевременно сделал
пирометрист. Зеркало ванны должно быть чистым. При загруз-
ке в ванну инструмента температура ее не должна падать бо-
лее чем на 20—30°, а для этого ванна должна иметь достаточ-
ный объем. Глубина ванны должна быть не менее 300—350 мм,
иначе нагрев будет неравномерным и температура внутри ван-
ны будет отличаться от температуры зеркала ванны, которую
показывает пирометр. Нельзя погружать в ванну инструмент на
расстоянии менее 40—50 мм от электродов и стенок.
Особую опасность при нагреве до такой высокой температу-
ры, какая требуется для быстрорежущей стали, представляет
обезуглероживание. Поэтому требуется тщательное раскисле-
ние соляных ванн.
За нагревом инструмента можно следить, приподнимая его
на короткий момент над зеркалом ванны. Когда цвет зеркала
и нагреваемого инструмента сравняется, можно приступать к
закалке. Для закалки инструмента из быстрорежущей стали
можно рекомендовать следующие способы.
1.	Охлаждение в масле до температуры 150—200° и дальней-
шее охлаждение на спокойном воздухе. Это самый доступный и
распространенный способ. При таком охлаждении во избежание
появления трещин рекомендуется перед погружением инстру-
мента в масло произвести его подстуживание на воздухе до тем-
пературы 900—1000°. Это соответствует оранжевому цвету ка-
ления.
2.	Охлаждение в струе воздуха от вентилятора. Этот способ
применяется для мелких инструментов.
3.	Охлаждение в селитряной ванне с температурой 450—500°
с последующим переносом на воздух. Применяется для инстру-
мента сложной формы (фрезы, протяжки) и обеспечивает ми-
нимальное коробление.
4.	Охлаждение в масле, нагретом до температуры 160—180°,
с последующим охлаждением вместе с ванной. Применяется для
крупного инструмента с резкими переходами сечения и потому
склонного к трещинам.
Инструменты из быстрорежущей стали подвергаются много-
кратному отпуску: двух-, трех-, а иногда и четырехкратному.
Температура отпуска 560°, продолжительность одного отпуска
148
примерно 1 час. Однако в зависимости от загрузки печи это время
может быть увеличено. Например, на Горьковском автомобиль-
ном заводе время одного нагрева при отпуске в электропечах
с вентилятором установлено 2 час. 45 мин. В целях повышения
производительности стараются ограничиться двукратным от-
пуском, но если не получается требуемая твердость, как напри-
Фиг. 76. Электродная
соляная ванна.
мер бывает в случае перегрева при
закалке, то дают третий и четверо
тый отпуск.
В последнее время некоторые
заводы освоили новый режим тер»
мической обработки быстрорежу»
щей стали. Он заключается в за»
калке, обработке холодом при тем-
пературе минус 80° и однократном
Фиг. 77. Закалка сверл
под утюгом.
отпуске при 560°. Это обеспечивает такую же стойкость инстру-
мента, как и при трехкратном отпуске, но сокращает цикл об»
работки.
Особенные трудности возникают часто в связи с короблени»
ем инструмента, которое может получиться не только при
охлаждении, но и при нагреве. Поэтому инструмент стержневого
типа (сверла, развертки) при подогреве в камерной печи нужно
устанавливать в вертикальном положении хвостовиком в специ-
альные отверстия, высверленные в огнеупоре.
Закалку мелких сверл с цилиндрическим хвостовиком для
уменьшения коробления можно производить под утюгом, про-
глаживая их до полного потемнения (фиг. 77). Очень хорошие
результаты по борьбе с короблением дает изотермическая за-
калка. Если приходится прибегать к правке, что бывает при об-
работке длинного инструмента типа протяжек, то ее нужно про-
изводить после закалки, в горячем состоянии, а также после
первого отпуска. К молотку следует прибегать лишь в крайних
149
случаях. Нередко после отпуска инструмент имеет недопусти-
мое коробление, которое очень трудно или даже невозможно
устранить холодной правкой без риска вызвать трещины. Прав-
ка такого инструмента бывает возможна после отжига. На
отдельных заводах применяется ускоренный режим отжига.
Он заключается в трехкратном нагреве до температур 750—900°
с последующим охлаждением на воздухе.
Неудачи при термообработке инструмента бывают свяВаны
не с закалкой, а с отпуском. Для обеспечения равномерности
нагрева при отпуске в камерных печах нужно укладывать инст-
румент не на под печи, а на салазки с полками, а при использо-
вании соляных электродных ванн нужно, чтобы корзина, в кото-
рую запружается инструмент, имела ножки высотой не менее
50 мм, так как температура на дне ванны отличается от темпе-
ратуры в остальном объеме.
Чтобы избежать трещин, фасонный инструмент, особенно
крупных размеров, при закалке нужно охлаждать не до конца,
а передавать его горячим для немедленного отпуска. Бывают
случаи, когда малоопытные термисты производят повторный на-
грев для отпуска, не дожидаясь полного охлаждения после пре-
дыдущего отпуска. Превращение остаточного аустенита в мар-
тенсит вызывается не нагревом, а охлаждением, и, если мы
охлаждение не доводим до конца, то этим самым тормозим
переход аустенита в мартенсит.
Некоторые трудности могут возникнуть при термообработке
сварного стержневого инструмента. Нагрев под закалку такого
инструмента нужно вести до зоны сварки, а если это невозмож-
но, то производить погружение инструмента в закалочную жид-
кость также до зоны сварки, так как эта зона наиболее опасна
в отношении трещин. Сварной стержневой инструмент перед
термической обработкой нужно проверять на непровар. Это де-
лается простукиванием инструмента о металлическую плиту'
(при непроваре звук дребезжащий) или свободным падением
заготовок, поставленных вертикально на деревянный пол. При
непроваре хвостовик отламывается.
Отжиг инструмента из быстрорежущей стали производится
в металлических ящиках с пережженной стружкой по режиму:
•нагрев до 840—860°, изотермическая выдержка при 720°, охлаж-
дение с печью до 550°, дальнейшее охлаждение на воздухе в
упакованном виде. Для упаковки не следует пользоваться кар-
бюризатором, так как это может вызвать науглероживание по-
верхности инструмента, что в свою очередь приведет к перегре-
ву даже при нормальном режиме нагрева под закалку и в ко-
нечном счете — к трещинам.
Термическая обработка инструмента из быстрорежущей ста-
ли требует очень высокого мастерства, которое выходит за рам-
ки всех сведений и наставлений, какие можно изложить в инст-
150
рукции. При термической обработке большой партии инструмен-
та во избежание брака лучше вначале закалить несколько
штук, проверить твердость, излом, если возможно,— микрострук-
туру и при необходимости скорректировать режим.
Температура нагрева под закалку должна быть выдержана
с максимально возможной точностью. Это знает каждый тер-
мист, но не каждый умеет это выполнить. Навык и уменье тер-
миста определять по виду деталей их температуру и, главное,
прогрев имеют немаловажное значение. Если при нагреве под
закалку инструмент был незначительно перегрет, то твердость
его будет понижена вследствие большого количества остаточного
аустенита. Для получения нормальной твердости можно осто-
рожно повысить температуру отпуска.
Если же был допущен недогрев, то это выявится в повышен-
ной твердости. Если отпуск даст снижение твердости, то это
подтвердит недогрев, и инструмент надо перекалить. Перед по-
вторной закалкой (обязательно должен производиться отжиг.
Этим ни в коем случае нельзя пренебрегать, иначе инструмент
после окончательной термообработки будет хрупким, и стой-
кость его снизится в несколько раз.
ОБРАБОТКА ПАРОМ
На многих заводах для инструмента применяют новый тех-
нологический процесс —обработку паром. Такая обработка да-
ет повышение стойкости инструмента в работе и предохраняет
его от коррозии. Кроме того, если отпуск производить в атмос-
фере пара, то поверхность инструмента остается чистой, без сле-
дов разъедания. Она приобретает красивый темно-синий цвет.
Обработка паром может быть произведена в герметически за-
крывающейся шахтной печи-с вентилятором. Инструмент укла-
дывается в корзины, устанавливаемые в печи. Пар от заводской
магистрали подается через отверстие в крышке печи. Под крыш-
кой установлен змеевик. Проходя через этот змеевик, пар пере-
гревается (для удаления влаги) и затем поступает в рабочее
пространство печи. Давление пара должно быть 0,1—0,2 ат. Это
предотвращает подсос воздуха в печь. Имеется специальный
клапан, через который в случае необходимости отводится избы-
ток пара.
Технология обработки в атмосфере пара сводится к следую-
щему. Инструмент, подвергнутый предварительно очистке, за-
гружают в корзинах в печь, нагретую до 350—360°, после чего
подают пар в течение 30 мин. с целью удаления воздуха из пе-
чи. Затем температуру поднимают до заданной (550—560°) при
непрерывном поступлении пара и дают с момента прогрева
садки выдержку 30 мин. Охлаждение после обработки паром
151
производят вначале на воздухе, а затем в подогретом до 40—50°
масле.
В результате такой обработки поверхность инструмента по-
крывается очень тонкой (4—6 мк), но прочной окисной пленкой,
которая защищает от коррозии, а главное, предохраняет от при-
варивания и прилипания стружки, что повышает стойкость ин-
струмента в работе на 50—100%.
ПРИМЕНЕНИЕ ТОКА ВЫСОКОЙ ЧАСТОТЫ
ДЛЯ НАГРЕВА ПРИ ЦЕМЕНТАЦИИ
Сокращение длительности процесса цементации — важней-
шая задача, над решением которой работают ученые и произ-
водственники.
Фиг. 78. Цементация с помощью нагрева т. в/ч.:
1—индуктор; 2—теплоизоляция; 3— тигель из графита;
4 — цементуемые детали; 5 — карбюризатор; 6 — уплотнение;
7 — крышка; 8 — трубка для термопары; 9 — крышка трубки;
10 — отвод газа; 11 —седло крышки печи.
На Могилевском локомобильном заводе был внедрен новый
высокопроизводительный способ цементации в твердом карбю-
ризаторе с нагревом деталей токами высокой частоты.
Детали упаковывают в твердый карбюризатор, используя
вместо ящика тигель индукционной высокочастотной печи
(фиг. 78). Температура процесса очень высокая: 1100—1200°.
152
Это обеспечивает сокращение длительности цикла цементации
примерно в 10 раз. Конечно, при такой высокой температуре да-
же небольшая выдержка приводит к росту зерна. Устранение
вредного влияния крупнозернистости достигается применением
мелкозернистых сталей и правильной термической обработкой.
Опыт некоторых заводов, и в первую очередь московского
автомобильного завода им. Лихачева, показал, что применение
т. в. ч. для нагрева при газовой цементации позволяет вести про-
цесс при температуре свыше 1000°. При этом вместо тиглей из
дорогой жаропрочной стали применяется дешевый муфель из
кварцевого песка, сокращается расход электроэнергии, установ-
ка может быть полностью автоматизирована.
ЗАКАЛКА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЦЕМЕНТАЦИОННОГО
НАГРЕВА
Фиг. 79. Приспособление для газовой
цементации и непосредственной закалки.
Процесс газовой цементации с непосредственной закалкой
широко распространился на заводах после того, как было
освоено применение сталей с мелкозернистым строением. С по-
явлением таких сталей устранилась опасность роста зерна при
цементации и связанной
с этим хрупкости после
непосредственной закал-
ки. На Уральском авто-
мобильном заводе значи-
тельно сокращен цикл
термической обработки
шестерен. Это достигнуто
внедрением целого ком-
плекса мероприятий: по-
вышения температуры
газовой цементации, ис-
пользования специальных
приспособлений для за-
грузки деталей в печь и
применения непосредст-
венной закалки после це-
ментации. Шестерни из-
готовляют из стали ЗОХГТ, которая не боится повышенного на-
грева. Цементация производится в шахтных печах с использо-
ванием в качестве карбюризатора уайт-спирита. Детали уста-
навливаются в специальное приспособление (фиг. 79) и загру-
жаются в печь. Температура процесса 950°. В период прогрева
до этой температуры подача карбюризатора составляет 40—6Q
капель в минуту, а затем по достижении 950° 120—130 капель.
Для получения глубины слоя 0,5—1 мм длительность процесса
составляет 5—8 час. По окончании цементации производится
15»
подстуживание деталей до температуры 820—840°, после чего
детали из печи на том же приспособлении переносятся в зака-
лочный бак с веретенным маслом. Выдержка в масле 5—7 мин.
Такой технологический процесс обеспечивает твердость поверх-
ности деталей в пределах 56—62 R,c-
На московском автомобильном заводе им. Лихачева для про-
цесса цементации с непосредственной закалкой использован
агрегат непрерывного действия. В этот агрегат входят: безму-
фельная печь для газовой цементации, закалочный бак, моечная
машина и отпускная печь. Производительность установки
500 кг!час при цементации на глубину 1 мм. Обогрев печи
•осуществляется с помощью радиационных труб. Температура
цементации 950°. Имеется зона подстуживания, в которой темпе-
ратура поддерживается 830—850° путем пропускания через
трубы в этой зоне холодного воздуха. Подстуженные детали
вместе с поддоном поступают на разгрузочный стол, который
опускается в закалочный бак. Закалка производится в горячем
масле при температуре 160—180°. Затем детали с поддоном пода-
ются в моечную машину, а оттуда на отпуск. Температура
отпуска 180—200°.
В описанном агрегате в основном обрабатываются шестер-
ни -из стали марки 25ХГТ с модулем 3—4.
СУЛЬФОЦИАНИРОВАНИЕ — НОВЫЙ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС
На Городецком судоремонтно-механическом заводе применя-
ют новый технологический процесс — сульфоцианирование.
В отличие от цианирования, при этом процессе происходит одно-
временное насыщение поверхности деталей серой, азотом и уг-
леродом, что обеспечивает высокую износостойкость, особенно
в условиях полусухого трения.
Сульфоцианировани-е сходно с низкотемпературным жидко-
стным цианированием: температура процесса 560—580°, продол-
жительность 2—3 час. Состав ванн приведен в табл. 22.
Таблица 22
Состав ванн для сульфоцианировавия
Наименование составляющей части	Исходный состав ванны, %		
K4Fe(CN)e '.		. . .	75	75	70
NaOH 		13	13	15
Na2SO3		—	12	—
Na2Sa63 		12	—	—
N(H)2CS		—	—	15
154
ЗАМЕНА ПЕСКОСТРУЙНОЙ ОБРАБОТКИ
ДРУГИМИ СПОСОБАМИ ОЧИСТКИ ДЕТАЛЕЙ
Как известно, при пескоструйной обработке образуется
кварцевая пыль, которая, несмотря на защитные маски, прони-
Фиг. 80. Схема установки (а) и пистолета (б)
для гидропескоочистки:
/ ,13—подача воздуха; 2—гибкие шланги; 3—пистолеты; 4—труб-
ки для подачи смеси; 5 —душ для промывки деталей; 6 — вращаю-
щийся стол; 7— подача воды в смеситель, 8 —шестерня мешалки;
9 — воронка для песка; 10 — электропомпа; 11 — водопровод; 12—
отстойник; 14—иасос; 15—подвод воздуха для взмучивания; 16—
насос для подачи смеси; 17 — мешалка; 18 — смеситель песка
с водой; 19— желоб.
кает малыми дозами в легкие рабочего. А это с течением вре-
мени приводит к тяжелому трудноизлечимому заболеванию —
силикозу легких. Кроме того, пыль, оседающая на расположен-
155
ном вблизи оборудовании, приводит его к преждевременному из-
носу. Поэтому пескоструйную обработку нужно считать вчераш-
ним днем, производства.
В настоящее время на многих заводах взамен пескоструй-
ной очистки применяется обработка дробью, о чем уже ранее
упоминалось.
На Челябинском тракторном заводе инженеры Черезов и
Бондин предложили и внедрили в производство гидропескоочи-
стку. Она заключается в том, что смесь песка с водой из смеси-
тельного резервуара нагнетается центробежным насосом в очи-
стные аппараты через пистолеты, к которым подведен сжатый
воздух давлением 4—5 атм из заводской сети (фиг. 80). Писто-
летом струя направляется на деталь. В установке для гидропес-
коочистки предусмотрена моечная система для очистки деталей
от песка, осевшего на них при чистке. Во избежание коррозии
после гидропескоочистки детали должны обязательно подвер-
гаться пассивированию. Гидропескоочистка может производить-
ся на механизированных вращающихся столах, а также в каме-
рах ручной очистки. Несмотря на то, что гидропескоочистка в
санитарно-гигиеническом отношении значительно лучше очист-
ки деталей сухим песком, этот метод все же мало распростра-
нен на заводах. Иногда пытаются оправдать это тем, что и гид-
ропескоочистка имеет существенные недостатки: большую тру-
доемкость, шум, трудность поддержания чистоты на рабочем
месте. Все это имеет второстепенное значение. Главное — это
здоровье людей, а в этом отношении преимущество гидроочист-
ки не вызывает сомнений.
Интенсивная гидропескоструйная обработка может привести
к изменению размеров детали: песчинки действуют, как тысячи
резцов, снимая микроскопическую стружку с поверхности.
В точных деталях, а также при наличии резьбы это недопустимо.
На Ярославском моторном заводе внедрен в производство хи-
мический способ очистки гаек шатунного болта. Эти гайки на-
гревают под закалку в соляной ванне. Для очистки деталей от
соляной пленки применен 15%-ный раствор фосфорной кислоты
о добавкой 0,1—0,2% тиомочевины, которая вводится для пре-
дохранения металла от действия кислоты. Длительность трав-
ления 15—20 мин., температура 30—40°. После этого следует
промывка в горячей воде и затем. пасси®ирование.
Продолжаются настойчивые поиски новых способов очистки.
На Уралмашзаводе инженером Г. Л. Куруклисом разработан
способ очистки от окалины, совмещенный с отпуском в распла-
ве щелочи. Отпуск происходит при одновременном воздействии
постоянного тока, благодаря чему обеспечивается удаление ока-
лины. Детали помещаются >в ватину с расплавом щелочи, со-
стоящим из 75% едкого натра (NaOH) и 25 %1 едкого калия
(КОН). Температура ванны 350—500°. Через ванну и детали
156
пропускается постоянный ток напряжением 10—12 в .и плот-
ностью 5—10 а!дм2. Детали вначале подключают к катоду (от-
рицательный полюс источника постоянного тока), затем к
аноду (положительный полюс) и в заключение вновь к като-
ду. После этого они промываются в холодной воде и сушатся.
В результате этого детали получаются с чистой, светлой поверх-
ностью. Этот способ имеет большие перспективы, так как он
сравнительно дешев и обеспечивает высокую производитель-
ность.
Механизация технологических процессов термической обра-
ботки применяется больше всего на заводах с массовым выпус-
ком продукции. Однако практика термической обработки пока-
зала, что во'многих случаях применение механизации оправды-
вается вне зависимости от объема 'производства. Механизация
и автоматизация процессов термической обработки обеспечива-
ют наиболее точное выполнение режимов, а значит, способству-
ют повышению качества продукции. Наряду с этим, повышается
производительность труда, обеспечивается техника безопаснос-
ти, облегчается труд рабочих и повышается общая культура
производства.
Опыт заводов Советского Союза показал, что применение
поточных автоматических линий для термической обработки
позволяет в среднем сократить ее трудоемкость в 2—3 раза,
уменьшить длительность производственного цикла в 3—5 раз,
снизить потребность в рабочей силе в 5—’10 раз и сократить
производственные площади на 30—50%. Уровень развития тех-
ники сейчас позволяет осуществить переход от частичной к пол-
ной механизации и включить операции термической обработки
в поток машиностроительного производства.
Что необходимо в первую очередь механизировать при тер-
мической обработке?
Любому заводу под силу применение средств так называе-
мой малой механизации. Это установка механизированных
подъемников на заслонках йечей, механизация загрузки и вы-
грузки. деталей в печи и баки, т. е. применение тельферов, моно-
рельсов, поворотных стрел и т. п. Применение печей непрерыв-
ного действия обеспечивает механизированное продвижение
деталей по печи, .и наконец, если обеспечить механизированную
передачу деталей с одной операции на другую, то этим самым
158
будут созданы основы для организации поточной линии.: с комп-
лексной механизацией и автоматизацией процесса. Особенно
благоприятные условия для этого имеются при закалке.
Мастерство термиста в настоящее время немыслимо без зна-
ния устройства основных механизмов, машин и станков, приме-
няемых в процессах термической обработки.
МЕХАНИЗАЦИЯ ПОДЪЕМА ЗАСЛОНОК У ОКОН ПЕЧЕЙ
На малых печах заслонки поднимаются вручную посредст-
вом рычага или валика с блоками, через которые перекинуты
цепи. На больших печах для облегчения подъема применяются
зубчатые передачи. Однако заслонки с таким приспособлением
поднимаются медленно, и при обслуживании нескольких печей,
особенно если требуется частое от-
крытие заслонок, это вызывает за-
метное утомление рабочего. Лучше
всего в таких случаях применить
механизированный подъем засло-
нок — гидравлический, пневматиче-
ский или механический.
Пневматический подъемник яв-
ляется наиболее простым и в боль-
шинстве случаев вполне оправды-
вается в работе. Однако, если в
цехе нет сжатого воздуха или если
заслонку надо поднимать на раз-
ную высоту и держать в разных
положениях, то лучше применить
электрический подъемник типа ле-
бедки. При механическом подъеме
тельно должен равняться 3/4 веса
очень мал, то будет непроизводительно затрачиваться энергия,
если он велик, то заслонка будет продолжать подниматься и
после остановки подъемника, а при обратном ходе может не
пойти вниз из-за трения о направляющие. Схема устройства
пневматического подъемника показана на фиг. 81. Здесь вес
заслонки 1 частично уравновешен грузом 2. Заслонка откры-
вается при подаче по трубе 3 воздуха в цилиндр 4. Давлением
воздуха поршень 5 опускается, и происходит подъем заслонки.
Для закрытия заслонки воздух из цилиндра выпускается при
помощи трехходового крана 6. Механизм управления подъема
заслонок (кран 6), смонтированный на специальной стойке 7,
должен располагаться в таком месте, чтобы рабочий, пользуясь
им, не подвергался длительному действию высокой темпера-
туры. У печей с заслонками, снабженными уравновешивающие
ми грузами, такие грузы во избежание удара при их опускании
Фиг. 81. Схема пневматического
подъема засловки.
вес противовеса приблизи-
заслонки. Если противовес.
159
необходимо ограждать кожухом, удобным для доступа к грузу
при регулировке и ремонте механизма подъема. Скорость подъ-
ема заслонок в случае применения пневматических подъемников
легко регулируется количеством подаваемого в цилиндр сжа-
того воздуха, она не должна быть больше 6 м!мин.
МЕХАНИЗАЦИЯ ЗАГРУЗКИ И ВЫГРУЗКИ ДЕТАЛЕЙ
ПРИ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКЕ
Одним из основных недостатков камерных печей является
трудность загрузки и выгрузки деталей. При отсутствии механи-
зации эта работа требует большого физического напряжения от
рабочего, который к тому же подвергается сильному тепловому
Фиг. 82. Загрузка шахтиой печи.
облучению. Сущест-
вует очень много меха-
низмов и приспособле-
ний, применяемых для
облегчения загрузки
деталей в печи, зака-
лочные баки и др. При
загрузке тяжелых де-
талей используются
кранбалки, тельферы,
консольно- поворотные
краны и другое подъем-
но-транспортное обо-
рудование общего на-
значения. Оно ши-
роко применяется при
работе на шахтных пе-
чах (фиг. 82) и в других
случаях, когда за-
грузку удобно произво-
дить сверху.
Наряду с этим, термисты очень часто пользуются специаль-
ными приспособлениями, которые они сами же изготовляют при-
менительно к тем или иным деталям.
Ниже описано одно из таких приспособлений, применяемое
термистом А. Н. Седлеревичем при загрузке и выгрузке шату-
нов в камерную печь. Оно устроено в виде тележки (фиг. 83, а),
которая позволяет загружать в печь вместо 50 105 шатунов,
располагаемых в два ряда. Для загрузки на столе печи уклады-
вают стопкой 10 шатунов, как показано на фиг. 83,6, затем
один рог тележки вводится в отверстия пяти шатунов нижнего
ряда стопки, а другой рог — в головки этих же деталей. Нажав
на ручки тележки вниз, поднимают всю -стопку шатунов и на ко-
360
лесах вкатывают в печь. После нагрева шалуны выгружают из
печи той же тележкой на стол печи, откуда стопку захватыва-
ют другим приспособлением (фиг. 83,я) и краном подают для
охлаждения. Это приспособление увеличило производительность
печи вдвое и дало экономию энергии. Кроме того, сократился
расход шатунов на образцы для испытания механических
свойств, так как по техническим условиям полагается испыты-
вать две детали от каждой садки.
Фиг. 83. Приспособление для загрузки
и выгрузки шатунов.
Значительно упрощается разгрузка деталей из камерной пе-
чи с опрокидывающимся подом (фиг. 84). Такая печь применя-
ется для закалки небольших деталей. Для загрузки использует-
ся специальный лоток, с которого детали ссыпаются на под 2.
В печь по трубке 6 подается защитный газ. Закалочная ванна 4
удобно размещена под печью и имеет циркуляционную систему
5. По окончании нагрева с помощью специального поворотного
рычага 1 под наклоняется, и детали через горловину 3 ссыпают-
ся в закалочную ванну.
Камерные печи с выдвижным подом имеют широкое распро-
странение для термической обработки крупных деталей. Под та-
кой печи представляет собой выдвижную тележку, футерован-
ную огнеупорным кирпичом (фиг. 85). Выдвижной под позволя-
ет проводить загрузку и разгрузку деталей вне рабочего прост-
ранства печи при помощи крана. Конструкций механизмов для
выкатывания подин, как и самих печей с выдвижным подом,
существует много. Наиболее рациональной конструкцией меха-
низма. для выкатывания подин является цепной и цевочный при-
вод.
На фиг. 86 изображена нагревательная печь с выкатной по-
11 Заказ № 402	161
диной длиной 6 м, шириной 3,5 м, производительность ее 90 т
металла в сутки. Передняя заслонка пета поднимается. Подина
У, опирающаяся на систему роликов 3, перемещается при помо-
щи механизма 6, состоящего из трех звездочек. Ведущая звез-
дочка 5, перекатывая тяговую цепь 4, двигает подину в нужном
Фиг. 84. Камерная печь с опрокидывающимся подом.
Фиг. 85. Печь с выкатным подом.
направлении. Натяжение цепи осуществляется при помощи пе-
реднего и заднего натяжных болтов 2. Передвижение подины 1
обеспечивается электродвигателем 7 мощностью 16 л. с. Редук-
тор 8 с передаточным числом, равным 192, передает усилие на
приводной механизм 6 и цепь 4. Подина перемещается со ско-
ростью 6,13 м/мин. Механизм с редуктором 8 и электродви-
гателем 7 для удобства обслуживания расположен под полом
цеха.
162
*
оо
Фиг. 86. Схема механизма выкатного пода.
Цепной привод можно применять для печей с выдвижной по-
диной длиной до 15—20 м. Он прост по устройству, надежен в
работе и легко доступен при монтаже и ремонте. Для печей с по-
диной короче 12—13 мм может быть рекомендован привод,
имеющий цевочное или реечное зацепление в нижней части по-
дины.
Разгрузка толкательных печей для нормализации мелких по-
ковок—очень трудоемкая и утомительная операция. Термисты
М. Е. Назаров и В. Г. Панюков внедрили конструкцию опрокиды-
вателя поддонов, изображенную на фиг. 87. Поддоны с деталями
выталкиваются из методической печи на разгрузочный стол -3, на
котором смонтированы четыре направляющие 4, могущие выдви-
гаться и задвигаться в пазы стола. Поддоны 2, перемещаясь под
действием толкателя печи по направляющим 6, представляю-
щим собой продолжение направляющих пода печи, проталкива-
ются на выдвинутые направляющие 4. При этом поддон, опи-
раясь цапфами на направляющие 4, опрокидывается между ни-
ми, и детали 1 сваливаются в специальную) тару 5. После напол-
нения тары деталями поддоны пневматическим подъемником
возвращаются к загрузочному концу печи. Направляющие 5
вдвигаются в пазы стола 1, а тара с деталями удаляется мосто-
вым краном.
Для механизации разгрузки толкательных печей может быть
применен пневматический разгрузочный стол, изображенный на
фиг. 88. Принцип действия разгрузочного пневматического сто-
ла заключается в следующем. Детали при выходе из печи по-
падают на ровный стол 4, который при помощи шарнира б со-
единен со штоком 5 пневматического цилиндра 3. Периодически
по мере накопления на столе деталей в цилиндр 3 подается сжа-
тый воздух, стол наклоняется, и детали ссыпаются в тару 1,
Нижняя часть цилиндра прикреплена шарниром 2 к раме стола.
Для механизации выгрузки из -печи поддонов больших раз-
меров на Уральском вагоностроительном заводе применяют про-
стое приспособление, показанное на фиг. 89. По фронту разгруз-
ки нескольких толкательных печей перемещается на рельсах
приемная тележка, а позади нее — лебедка. Поддон в печи зацеп-
ляется крючком и с помощью лебедки вытаскивается из печи па
тележку.
МЕХАНИЗАЦИЯ И АВТОМАТИЗАЦИЯ ПЕЧЕЙ
НЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ
Печи непрерывного действия сами по себе уже являются ме-
ханизированными, поскольку перемещение деталей в них осуще-
ствляется с помощью различных механизмов: толкателей, кон-
вейеров, шнеков. Дальнейшее усовершенствование этих печей
должно включать механизацию погружения деталей в закалоч-
164
Фиг. 89. Выгрузка поддонов с помощью лебедки.
165
ный бак, выдачи из него охлажденных деталей, передачи их на
следующую операцию. Это путь перехода от частичной к полной
комплексной механизации технологических процессов термооб-
работки.
АВТОМАТИЧЕСКАЯ ПЕЧЬ «ЗИГЗАГ»
Чугунные гильзы цилиндров двигателя КДМ-46 после по-
верхностной закалки подвергаются низкому отпуску в специаль-
но изготовленной автоматической печи «зигзаг», установленной
Фиг. 90. Автоматическая отпускная печь «зигзаг».
в потоке обработки (фиг. 90). Печь представляет собой замкну-
тую камеру 7, внутри которой установлены двухручьевые на-
правляющие 6, имеющие форму зигзага. На внутренних стен-
ках камеры расположены нагревательные элементы 9, отгоро-
женные от рабочего пространства боковыми щитами 15, которые
служат для направления потока воздуха, создаваемого вентиля-
тором 11. Еще горячая гильза, имеющая температуру около 100°,
166
после закалки поступает на склиз 3 и занимает положение 4 на
столике пневматического цилиндра 2. В этом положении гиль-
за, воздействуя на конечный выключатель и электромагнитный
пневматический кран, при помощи цилиндра 2 автоматически
поднимается вверх и скатывается через окно 5 в рабочее прост-
ранство печи на верхнюю ветвь зигзага. При этом конечный вы-
ключатель освобождается и включает через тот же электромаг-
нитный кран второй цилиндр 16, который приводит в действие
пневматическую руку 13, снимающую отпущенную гильзу 12 с
нижней ветви зигзага, и подает ее на контрольный стол 14. Гиль-
зы от печи передвигаются самокатом под действием собственной
тяжести. Циркуляция воздуха в печи осуществляется через вер-
тикальные боковые щели 1 пропеллерным вентилятором И, ко-
торый вращается от электродвигателя 10. Температура в печи
регулируется автоматически.
МЕХАНИЗИРОВАННЫЙ АГРЕГАТ НЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ
ДЛЯ ГАЗОВОЙ ЦЕМЕНТАЦИИ
К числу современных автоматизированных установок для
термической обработки деталей принадлежит двухручьевая печь
для газовой цементации, которая разработана и внедрена на ав-
томобильном заводе им. Лихачева (фиг. 91). Механизированный
Фиг. 91. Механизированный агрегат непрерывного действия для газовой
цементации.
агрегат включает в себя: двухрядную безмуфельную печь 2 с го-
ризонтальными радиационными трубчатыми нагревательными
элементами, расположенными под сводом печи и на поду; мас-
ляный бак 5 диаметром 4,8 м с подъемно-поворотной траверсой
6, вытаскивателем 4 и толкателем 7; моечную машину 8 и про-
ходную вентиляторную печь 9 для низкого отпуска. При темпе-
ратуре цементации 940+10° и темпе толкания 30 мин. производи-
тельность печи достигает 500—600 кг!час. Расход цементацион-
ного газа 40 л3/ час. В качестве топлива для печи используется
городской газ. Управление режимом работы печи полностью ав-
томатизировано, начиная с загрузки деталей на поддоне в ра-
167
бочую камеру печи. Через установленные интервалы при помо-
щи реле времени включаются электродвигатели, которые приво-
дят в движение механизмы, толкающие поддоны, разгрузочные
аппараты и другие механизмы.
Все механизмы печи работают автоматически следующим об-
разом. Нагруженные деталями поддоны помещаются на специ-
альную тележку, которая при помощи гидравлического цилинд-
ра вводится внутрь тамбура безмуфельной печи. Из тамбура
поддоны с тележкой проталкиваются через цементационную
печь 2 гидравлическим толкателем 1. Затем поддоны с зацемен-
тированными и подстуженными до температуры закалки деталя-
ми вытаскивателем 4 передаются из печи на площадку зака-
лочного механизма <?, которая вместе с поддонами механически
погружается в закалочную среду. После закалки поддоны с де-
талями при помощи подъемно-поворотной траверсы 6 поднима-
ются из бака и толкателем 7 проталкиваются через моечную ма-
шину 8, отпускную печь 9 в камеру охлаждения 10. После выхо-
да из камеры охлаждения детали поступают на контрольные
операции, а поддоны электроталью 11 подаются к месту загруз-
ки печи. В этом же агрегате может производиться газовое циа-
нирование (нитроцементация), применение которого значитель-
но сокращает время цементации. Для лучшей циркуляции газов
в зоне науглероживания установлены три вентилятора.
Применение для газовой Цементации безмуфельных печей с
радиационными трубами в 2 раза увеличивает производитель-
ность, в 2—3 раза сокращает расход жаропрочных материалов
и снижает стоимость цементации. Основным недостатком безму-
фельных цементационных печей с радиационными трубами яв-
ляется коксование нагревателей, несколько нарушающее нор-
мальную эксплуатацию агрегата.
МЕХАНИЗАЦИЯ И АВТОМАТИЗАЦИЯ
ПРИ ПОВЕРХНОСТНОЙ ЗАКАЛКЕ ДЕТАЛЕЙ
ТОКАМИ ВЫСОКОЙ ЧАСТОТЫ
ПОЛУАВТОМАТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ИНДУКЦИОННОЙ
ЗАКАЛКИ КРУПНОГАБАРИТНЫХ ДЕТАЛЕЙ
Во многих случаях при правильной организации работы при-
менение закалки т. в. ч. становится вполне рентабельным и в
условиях единичного производства. На Уральском заводе тяже-
лого машиностроения все детали, закаливаемые т. в. ч., разде-
лены на группы: 1) шестерни цилиндрические, конические, пря-
мозубые, косозубые и шевронные; 2) валы цилиндрические,
валы шлицевые; валы-шестерни и подобные им детали; 3) тор-
мозные шкивы, катки кранов, ролики; 4) валы червячные, ци-
линдрические, винты упорные, ролики и т. п. Такое разделение
168
позволяет механизировать процесс закалки деталей каждой
группы при помощи специальных станков.
Практикой установлено, что для закалки т. в. ч. одновремен-
ным способом шестерен крупного модуля необходимо приме-
нять очень низкие частоты. Но
при этом снижается эффек-
тивность нагрева. Для закал-
ки крупных шестерен диамет-
ром более 1000 мм даже при
малом модуле требуется гене-
ратор в несколько тысяч кило-
ватт. Поэтому шестерни, име-
ющие модуль зуба более 8,
закаливаются последователь-
но: сначала один зуб, потом
другой и т. д. В этом случае
петлевой индуктор охватывает
один зуб и проходит вдоль
пего. Это обеспечивает закал-
Фиг. 92. Закалка т. в. ч. по впадине
зуба.
ку боковой поверхности зуба.
Для шестерен с модулем более 10 может быть применена ч за-
калка по впадине зуба (фиг. 92).
Фиг. 93. Полуавтоматический станок для закалки т. в. ч.
крупногабаритных шестерен.
При высокочастотной закалке крупных шестерен весом до
нескольких тонн закалочный станок должен обеспечить все не-
обходимые движения индуктора и детали. На фиг. 93 показан
169
один из таких станков, предназначенный для закалки шестерен
со следующими параметрами: диаметр от 300 до 2000 мм, мо-
дуль от Ю до 50, длина зуба до 1000 мм, вес детали до 7 т.
Станок состоит из неподвижной горизонтальной станины, под-
ставки для установки шестерен (справа) и подвижной колонны
(слева). На этой колонне размещены: гидропривод, закалочный
трансформатор и пульт управления. Гидропривод станка позво-
ляет осуществить плавную регулировку скорости движения ин-
дуктора в пределах от 0 до 20 мм/сек. Поворот шестерни на нуж-
ный угол (на один зуб) производится также гидравлическим
устройством, которое вмонтировано в подставку под шестерню.
Чтобы представить себе работу этого станка, достаточно приве-
сти следующий пример. При- закалке шестерни диаметром
2000 мм с модулем 18, числом зубьев 109 и длиной зуба 1000 мм
нужно произвести непрерывно-последовательную закалку зубьев
общей длиной 109 000 жи. При этом надо выполнить 109 повто-
ряющихся циклов и 833 операции включения и отключения эле-
ментов и узлов закалочного устройства. Все эти операции вы-
полняются станком автоматически.
АВТОМАТИЗАЦИЯ ЗАКАЛКИ КОЛЕНЧАТЫХ ВАЛОВ
Полуавтоматический станок для закалки шеек коленчатых
валов трактора С-100 (фиг. 94) установлен в поточной линии
механической обработки. Станок получает ток от высокочастот-
ного машинного генератора мощностью 250 кет и частотой
2500 гц, установленного вблизи станка. Основные части закалоч-
ного станка: станина 7, левая бабка 4, правая бабка 9, нижние
полуиндукторы 8, головка 1 с верхними полуиндукторами 2 и за-
калочными трансформаторами, механизм поворота 3 головки 1.
Для обильного и равномерно распределенного охлаждения ше-
ек вала после их нагрева в верхних 2 и нижних 8 полуиндукто-
рах имеются часто расположенные отверстия, по которым пода-
ется вода от специального насоса под давлением в 3—5 ат. На-
правляющие нижних полуиндукторов имеют форму ласточкина
хвоста, что позволяет им самоустанавливаться в опорах при
контакте с верхними полу индуктор ими.
Закалка шеек вала происходит следующим образом: колен-
чатый вал 6 устанавливается в центрах левой бабки 4 ц правой
9. От углового поворота его предохраняет палец фиксатора 5,
введенный в. отверстие фланца вала. При пуске станка вал ав-
томатически зажимается в центрах. Головка 1 с верхними полу-
индукторами 2 и закалочными трансформаторами опускается, и
включается автоматический цикл закалки. Каждая шейка вала
автоматически охватывается своим индуктором. Закалка всех
шеек вала происходит также автоматически в определенной, за-
ранее установленной последовательности. Включение и выклю-
170
чение индукторов согласовано с работой всей электрической
схемы, с элементами масляной и водяной системы. Все шейки
коленчатого вала закаливаются с одной установки его
в центрах станка. Станок управляется с помощью гидравлики.
Он разделен на две позиции с самостоятельными закалочными
трансформаторами, к каждому из которых подключается толь-
ко половина всех индукторов. Это позволяет вдвое сократить
8	9
Фиг. 94. Полуавтоматический станок для закалки шеек
коленчатых валов трактора.
цикл закалки шеек вала за счет охлаждения нагретой шейки
во время нагрева следующей на другой позиции. Поочередное
включение двух трансформаторов с ‘Перерывами улучшает ус-
ловия их работы. На закалку всех шеек затрачивается 112 сек.
Производительность станка—до 25 валов в час. Для снятия
закалочных напряжений коленчатые валы подвергаются низко-
му отпуску в специальной, автоматизированной проходной печи
сопротивления, включенной также в линию механической об-
работки.
УСТАНОВКА ТОКОВ ВЫСОКОЙ ЧАСТОТЫ ДЛЯ НАГРЕВА
ШЕСТЕРЕН ПОД ЗАКАЛКУ
На Московском заводе малолитражных автомобилей для на-
грева шестерен под закалку построена установка, изображен-
ная на фиг. 95. Ведомые шестерни заднего моста автомобиля
«Москвич» из стали 18ХГТ перед закалкой токами высокой ча-
стоты подвергаются газовой цементации в шахтных печах при
920° с последующим охлаждением в колодцах. Зацементирован-
171
ные шестерни 4 по десять штук укладываются в загрузочный
бункер 3. Пневматический толкатель 5 по одной подает шестер-
ни в индуктор 2, из которого нагретая шестерня выталкивается
тем же толкателем с помощью холодной детали, вводимой в
индуктор. Из индуктора шестерню передают на охладитель 1
для подстуживания центрального отверстия до температуры ни-
же закалочной. Это обеспечивает понижение твердости внут-
реннего ободка шестерни и уменьшение деформации ее по внут-
1	г з 9	5
Фиг. 95. Непрерывно действующая установка
для закалки шестерен т. в. ч.
реннему диаметру. После окончания подстуживания, которое
длится 20 сек., шестерню переносят в штампы закалочного
пресса. Продолжительность нагрева под закалку и охлаждения
в штампах пресса и время включения толкателя регулируются
реле времени. По мере освобождения загрузочного бункера его
заполняют новыми шестернями. Закалка производится током ча-
стотой 8000 гц, продолжительность нагрева шестерни 50 сек.,
продолжительность охлаждения в штампах закалочного прес-
са 60 сек.
Применение т. в. ч. для нагрева под закалку вместо нагрева
в соляных ваннах увеличило прочность шестерен и в два раза
снизило трудоемкость закалки.
АВТОМАТИЧЕСКАЯ ЗАКАЛКА ТОЛКАТЕЛЕЙ
На Уральском автомобильном заводе для закалки толкате-
лей разработано пятипозиционное приспособление (фиг. 96). В
момент нагрева одна позиция с. толкателем находится в зоне ин-
дуктора 8, другая — под охлаждающей гребенкой 9, а три ос-
тальные предназначены для снятия готовых и зарядки очеред-
172
ных толкателей. Приспособление состоит из поворотного диска
с укрепленными на нем шпинделями для толкателей. При нагре-
ве вращение получает только шпиндель с толкателем, находя-
щийся под индуктором. Остальные шпиндели получают враще-
ние по мере того, как входят в зону индуктора.
Вращение шпинделя осуществляет насаженная на его оси
водяная турбинка. Сопло, подающее воду на турбинку, непо-
движно закреплено на корпусе приспособления так, что вода
Фиг. 96. Схема приспособления для автоматической закалки
т. в. ч. тарелки толкателя.
попадает только на турбинку шпинделя, находящегося под ин-
дуктором. После установки в шпинделях приспособления толка-
телей и нажатия кнопки «пуск» начинается нагрев толкателя.
По истечении 2—3 сек. реле времени включает электромагнита.
Защелка 5 электромагнита освобождает упор 6, закрепленный на
диске. Этот упор на диске, приводимом в движение фрикцио-
ном 7 от электродвигателя 10, поворачивается так, что под ин-
дуктором оказывается следующий толкатель, а нагретый попа-
дает под охлаждающую гребенку. Движение диска приостанав-
ливается защелкой электромагнита, который включается на
доли секунды. Одновременно упор 1 через концевой включа-
тель 3 вновь включает нагрев. Рабочий, нажав кнопку «пуск»,
в дальнейшем только снимает закаленные и загружает сырые
толкатели. Цикл закалки идет автоматически. Производитель-
ность приспособления 150 штук в час.
173
КОМПЛЕКСНАЯ МЕХАНИЗАЦИЯ ПРОЦЕССОВ
ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ И АВТОМАТИЧЕСКИЕ
ПОТОЧНЫЕ ЛИНИИ
МЕХАНИЗИРОВАННЫЙ ЗАКАЛОЧНО-ОТПУСКНОЙ АГРЕГАТ
На многих заводах успешно работают поточные линии и аг-
регаты для закалки с отпуском массовых деталей. Особое
внимание при организации поточных линий обращается на ме-
ханизацию и автоматизацию оборудования для межоперацион-
ного транспорта, контрольных и вспомогательных операций и,
главным образом, на автоматизацию загрузки деталей в первый
агрегат потока — в закалочную печь, так как от загрузки дета-
лей в закалочную печь зависит темп работы всего потока. В ка-
честве примера высокопроизводительной автоматической поточ-
ной линии может служить автоматическая конвейерная зака-
лочно-отпускная линия, построенная на харьковском заводе
«Свет шахтера», для термической обработки деталей тяговой
цепи скребковых транспортеров (фиг. 97). Линия производи-
тельностью 1 т1час состоит из закалочной конвейерной газовой
печи, отпускной конвейерной газовой печи и передаточных меха-
низмов. Из приемного бункера 1 детали по загрузочному конвей-
еру 2 и лотковому питателю 3 загружаются на ленточный кон-
вейер 4 закалочной печи 5, по которому, двигаясь непрерывным
потоком, проходят зону нагрева и зону, выдержки и затем по-
ступают в закалочный бак 6 с маслом для охлаждения. Детали
из закалочного бака пластинчатым конвейером 7 передаются
на панцирный конвейер 8 отпускной печи 9, пройдя которую, по-
ступают в бак 10 с эмульсией. Пластинчатым конвейером 11 из
бака с эмульсией детали выносятся наверх и высыпаются в спе-
циальную тару для дальнейшей транспортировки. Блокировка
электродвигателей механизмов, входящих в состав поточной
линии, обеспечивает непрерывность работы. Топливом для печей
служит смесь природного и генераторного газа. Печи в такой
линии могут обогреваться и электроэнергией, в этом случае
после закалки детали должны промываться.
Загрузочный конвейер (фиг. 98) осуществляет непрерыв-
ную подачу деталей из приемного бункера на лотковый пита-
тель. Детали из приемного бункера захватываются полотном
конвейера и уносятся вверх, в питатель. Полотно конвейера
представляет собой две цепи с укрепленными на них металли-
ческими полками с шагом 200 мм. Вариатор привода, установлен-
ного в головной части конвейера, позволяет изменять скорость
его движения. Лотковый пульсирующий питатель служит для
равномерной подачи деталей на конвейер закалочной печи. Для
регулировки производительности печи .имеется возможность
изменять угол наклона лотка, и число его колебаний.
174
9
в
ПОТОЧНАЯ ЛИНИЯ ДЛЯ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ЗВЕНА
ГУСЕНИЦЫ ТРАКТОРА
Такая поточная линия схематически показана на фиг. 99.
Звенья гусеницы от механических станков передаются скребко-
вым транспортером 1 в бункер, из которого их перекидывают на
специальные направляющие толкательной закалочной электро-
печи 2. Звенья при помощи толкателя продвигаются через печь
отверстиями вперед. Такое передвижение
устраняет подстуживание подошвы звена
при выходе из печи, откуда разогретое
звено попадает на люльку закалочного
автомата 3 подошвой вверх. При этом
плоскость подошвы оказывается на уров-
не зеркала воды в баке. Звено, погру-
женное в спокойную воду закалочного
бака, равномерно охлаждается, а подо-
шва подвергается интенсивному охлаж-
дению водой, поступающей из душирую-
щей трубы.Спустя 10—15 сек., рычаг ав-
томата, приводимый в движение кулач-
ком,поворачивает люльку и сбрасывает
звено на погруженный в закалочный бак
4 конвейер, который передает закален-
ное звено на конвейер отпускной печи 5.
Вал закалочного автомата, несущий на
себе кулачки, приводится в движение от
вала толкателя, расположенного на про-
тивоположном конце печи. Этим дости-
гается синхронность работы толкателя и
закалочного автомата. Время пребыва-
ния звена под душем можно регулиро-
вать, изменяя положение кулачков на
валу автомата. Отпущенные в отпускной
печи 5 звенья охлаждаются в водяном
баке и скребковым транспортером 6 пере-
даются в подвесной конвейер для подачи
на сборку тракторов или в ковш скипового
подъемника 7 для консервации маслом
при помощи электронасоса и душирующе-
го устройства. После консервации ковш
скипового подъемника при помощи приво-
да 8 поднимается по направляющим и вы-
валивает звенья по лотку 9 в кузов авто-
самосвала. Для улавливания масла лоток
оборудован желобом 10, по которому мас-
ло стекает в приямок скита. Вся поточная
176
линия, имеющая производительность 5 т/час, обслужива-
ется одним термистом. Температурный режим регулируется ав-
томатически при помощи потенциомеров.
КОМПЛЕКСНАЯ ПОТОЧНАЯ ЛИНИЯ ДЛЯ ТЕРМИЧЕСКОЙ
ОБРАБОТКИ ШЕСТЕРЕН С НАГРЕВОМ ТОКАМИ ВЫСОКОЙ ЧАСТОТЫ
Применение т. в. ч. ускоряет процесс цементации. На авто-
мобильном заводе им. Лихачева построен автоматический агре-
гат для газовой цементации шестерен с применением нагрева
токами частотой 2500 гц. Агрегат представляет собой гермети-
чески закрытый корпус, внутри которого размещен многовитко-
вый цилиндрический индуктор из прямоугольной медной трубки.
Фиг. 100. Схема поточного агрегата для газовой цементации шестерен
прн нагреве т. в. ч.
Внутри индуктора помещена гильза из специальной керамики.
Она предохраняет индуктор от теплового излучения деталей
и является направляющей для цементируемых деталей. На
фиг. 100 изображена схема поточного агрегата для газовой це-
ментации шестерен при нагреве токами высокой частоты. Основ-
ной частью установки является индукционная цилиндрическая
печь, представляющая собой кожух 4 с многовитковым индук-
тором 6, состоящим из двух секций. В первой секции шестерни
подогреваются, а во второй происходит цементация при темпе-
ратуре 1050—1080°. В первой секции сила тока равна 175 а, во
второй 60 а. В ней ток затрачивается лишь на возмещение по-
терь тепла в окружающее пространство. Цементирующий газ
вводится снизу печи в рабочую камеру, а отработанный выво-
дится через трубку из камеры подстуживания. Контроль темпе-
12 Заказ №402
177
ратуры производится фотопирометром, визирная головка кото-
рого направлена на нагретые детали в верхней секции индук-
тора. В рабочей камере печи одновременно помещается
32 шестерни. Работа агрегата заключается в следующем.
Нижняя шестерня, находящаяся в загрузочном устройстве —
магазине 11, гидравлическим толкателем 14 проталкивается
в размещенный в каркасе 9 коридор 10. Шестерни, находящиеся
над толкателем 17, поднимаются им в исходное положение — на
опорные поворотные планки 8. В это время верхняя шестерня из
рабочего пространства печи 5 перемещается в камеру поДсту-
живания, а оттуда действием толкателя 7—на разгрузочную
площадку, с которой при помощи штока цилиндра 18 опуска-
ется в закалочный бак 1. Из закалочного бака верхняя шестер-
ня конвейером 2 передается на промывку и отпуск при темпе-
ратуре 200° в отпускной печи или масляной ванне. Кожух печи 4
охлаждается циркулирующей в камерах 3 водой. Герметизация
рабочей камеры обеспечивается затвором 13, управляемым гид-
равлическим толкателем 14. В магазине 11 стопка шестерен
удерживается фиксирующими планками 12. Из магазина в ис-
ходное положение шестерни устанавливаются при помощи
гидравлического цилиндра 15. В процессе работы в рабочей
камере печи поддерживается давление газа 20—30 мм вод. ст.
Продвижение шестерен по агрегату производится при помощи
гидравлических цилиндров 7, 14, 15 и 18, управляемых авто-
матически через систему гидравлики.
Длительность процесса цементации шестерен из стали
18ХГТ для получения слоя глубиной 0,8—1,0 мм при темпера-
туре 1050° сокращается до 45—60 мин. Применение газовой це-
ментации с нагревом т. в. ч. позволяет создавать комплексные
поточные линии в механических цехах с включением в поток
самого трудоемкого процесса — цементации. При этом скорость
процесса цементации увеличивается в 5—8 раз, а его стоимость
снижается на 40—50%'.
ПОТОЧНАЯ ПОЛУАВТОМАТИЧЕСКАЯ линия для СВЕТЛОЙ
ИЗОТЕРМИЧЕСКОЙ ЗАКАЛКИ
На Уралвагонзаводе для светлой изотермической закалки
вагонных деталей установлена поточная полуавтоматическая
линия (фиг. 101). Поточная линия состоит из закалочной соля-
ной ванны 3, одной щелочной ванны 4 для изотермической вы-
держки, одной щелочной ванны 6 для отпуска, двух водяных
баков 7 и одного бака 8 для пассивирования, конвейера и ры-
чагов 2 для автоматической передачи приспособлений с де-
талями из одной ванны в другую. В щелочных ваннах 4 и 6 уста-
новлены мешалки 5 для непрерывного перемешивания состава
ванн. Подлежащие обработке болты и другие мелкие детали
178
загружаются в специальное приспособление 1. Оно подвеши-
вается на цепи 'конвейера. При движении конвейера движется
и приспособление, которое, воздействуя на ограничитель хода,
включает электродвигатель, приводящий в движение рычаг 2.
Этим рычагом приспособление переносится в ванну 3. Автома-
тическое включение в работу рычагов обеспечивает непрерыв-
ную передачу приспособлений с деталями из одной ванны в дру-
гую или из одного бака в другой и на непрерывно движущийся
конвейер. После полной обработки подвеска снимается с кон-
вейера и передается на разборку. Скорость движения конвейера
Фиг. 101. Полуавтоматическая линия для светлой закалки.
может изменяться в зависимости от требуемого времени выдерж-
ки в соляной ванне. Схема автоматического регулирования
тепловых режимов ванн предусматривает автоматическую оста-
новку конвейера при падении температуры ниже заданной
в одной из ванн. Это предупреждает появление брака из-за
непропрева деталей. Поточная линия оборудована кожухами
и вентиляцией, что предупреждает выбрасывание паров и брызг
щелочи и создает безопасные условия работы термистов. Эта
линия имеет производительность 60 кг)час при общем цикле
прохождения деталей 50 мин. Обрабатываемые здесь метизы
и другие вагонные детали из стали марки 40Х и 37ХС имеют
светлую поверхность и высокие механические свойства.
12*
Контроль качества термической обработки может произво-
диться как в лаборатории, так и непосредственно в цеховых
условиях. Химический анализ, механические испытания и анализ
микроструктуры производятся обычно в лаборатории. Контроль
по твердости, по излому, по короблению, а также контроль
качества поверхности с успехом осуществляются непосредственно
в цеховых условиях.
Обычно в цехах контроль осуществляется бюро техниче-
ского контроля. Опыт многих заводов показал целесообразность
передачи этого контроля самим рабочим-термистам, которые ста-
вят на годной продукции личное клеймо. Это повышает ответ-
ственность термистов за результаты своего труда и уменьшает
затраты на оплату труда контролеров.
Поэтому для рабочего-термиста еще большее значение при-
обретает знание методов и средств технического контроля
и умение сознательно ими пользоваться.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ МАРКИ СТАЛИ
В производстве бывают случаи, когда в результате термиче-
ской обработки не получается нужных свойств, а повторная пе-
реобработка и различные меры по улучшению процесса не дости-
гают цели. Нередко «секрет» неудачи раскрывается просто при
проверке химического состава металла, когда обнаруживается,
что деталь или инструмент изготовлены из стали, не соответст-
вующей ее назначению.
На современных машиностроительных заводах применяют
десятки различных марок сталей. При должном порядке в хра-
нении и выдаче металла путаница марок сталей бывает редко, но
тем не менее такие случаи возможны. Наиболее надежный спо-
соб определения марки стали — это химический анализ металла,
производимый в лаборатории. Однако такой анализ требует
времени, да и не везде имеются химические лаборатории.
Определение химического состава стали и ее марки можно
сделать с помощью спектрального анализа на специальном при-
боре — стилоскопе. Действие его сводится к следующему. Меж-
УГЛЕРОДИСТАЯСТАЛЬ
0,1—0,2% С
Искры светло-желтые с малым количеством звез-
дочек. Кончики нитей острые.
УГЛЕРОДИСТАЯ С Т Д Л Ь
0,3—0,4% С
Искры светло-желтые, сильно развиты развет-
вления. На разветвлениях крупные звездочки,
концы нитей острые.
УГЛЕРОДИСТАЯ СТАЛЬ
0,8-1,0% С
Искры светло-желтые, много разветвлений, гус-
тые звездочки, концы нитей тонкие.
СТАЛЬ ТИПА 40ХНМ, 5ХНМ
Искры светло-желтые. В центре искр выделяют-
ся густые звездочки. На концах нитей неболь-
шое количество стрелочек.
СТАЛЬ ТИПА 4ХС. ЗОХГСА
Искры светло-желтые, на концах нитей стре-
лочки, на разветвлениях выделяются более
светлые звездочки.
СТАЛЬ Р9 И Р18
Искры малиновые, удлиненные, почти без
разветвлений. На концах нитей обрывистые кра-
пины. Сталь Р18 дает более темный цвет искр.
СТАЛЬ ТИПА ХВ5, ХВГ, ЗХВ8
Искры темио-малиновые.На концах нитей более
светлые разветвления. В стали ЗХВ8 развет-
вления более редкие и мелкие.
Фиг. 102. Определение марки стали
по искре.
ду испытываемым образцом (это может быть деталь или пру-
ток) и разрядником с помощью тока создается искровой
разряд или дуга. Световой поток, получающийся при этом, на-
правляется через узкую щель на призмы, которые разлагают
его на спектр, подобно тому, как солнечный свет, проходя через
капельки воды, имеющиеся в воздухе после дождя, разлагает-
ся, и на небе появляется радуга. Особенностью спектра, кото-
рый дают металлы при искровом разряде, является наличие
поперечных линий различной интенсивности и ширины. Для
каждого элемента, входящего в состав стали, характерна своя
181
картина расположения и вида таких линий, и интенсивность их
зависит от процентного содержания элемента.
Имеются эталоны, химический состав которых точно изве-
стен. Сравнивая их спектр со спектром испытываемого образца,
определяют содержание элементов в металле. Точность опреде-
ления при этом, конечно, зависит от опыта лаборанта. В насто-
ящее время изготовляются фотоэлектрические спектрометры, ко-
торые автоматически и с большой точностью показывают содер-
жание элементов, входящих в состав испытываемого металла.
При некотором навыке марку стали можно определить прибли-
женно путем так называемой искровой пробы. С этой целью
образец металла прижимается к быстровращающемуся наждач-
ному кругу. Марка стали определяется в зависимости от цвета
и характера получающейся искры (фиг. 102). Специального
освещения при этом не требуется. Желательно при определении
марки стали по искре иметь набор эталонов тех сталей, которые
обрабатываются в цехе, с тем, чтобы в сомнительных случаях
можно было делать сравнение.
МЕХАНИЧЕСКИЕ ИСПЫТАНИЯ
Термическая обработка существенно изменяет свойства ме-
талла и прежде всего его механические свойства. Для каждой
марки стали механические свойства предусматриваются Госу-
дарственным Общесоюзным Стандартом (ГОСТ), а для ответст-
венных деталей — специальными техническими требованиями,
оговоренными в чертеже детали.
В большинстве случаев после термической обработки опреде-
ляется твердость металла, но очень часто (производятся испыта-
ния и других свойств: предела прочности, ударной вязкости и др.
Наиболее распространенными и доступными являются механи-
ческие испытания на растяжение и на удар. Они производятся в
лаборатории на специальных образцах.
ИСПЫТАНИЕ НА РАСТЯЖЕНИЕ
• Такое испытание производится на цилиндрических образцах,
имеющих на концах головки для захвата в испытательной маши-
не (фиг. 103, а). Образец укрепляется в захватах машины и рас-
тягивается до разрыва. При испытании отмечается максималь-
ная нагрузка Р в кг, которую выдерживает образец до разруше-
ния. Разделив величину этой нагрузки на первоначальную пло-
щадь поперечного сечения образца F в льи2, можно определить
предел прочности
<зв—^- кг/мм2.
182
Предел прочности на растяжение характеризует сопротивле-
ние металла действию разрушающей нагрузки и является основ-
ным показателем прочности. Термическая обработка существен-
но изменяет предел прочности. Применяя различные режимы
термообработки, можно получить различную величину предела
прочности. При испытаниях на разрыв можно определить также
предел текучести. Эта'-величина характеризует способность
металла сопротивляться
действию нагрузки, не
давая остаточной дефор-
мации. Это очень важная
характеристика, так как
детали в работе не долж-
ны давать остаточной де-
формации, иначе разме-
ры их под нагрузкой из-
менятся, и это нарушит
нормальную работу уз-
лов машины. Практиче-
ски можно считать, что
предел текучести и пре-
Фиг. 103. Образец для испытания на разрыв
до испытания (а) и после испытания (б )
дел упругости — одно и
то же. Таким образом, предел текучести может характеризо-
вать упругие свойства металла.
При испытаниях на растяжение происходит удлинение образ-
ца и одновременно уменьшается его толщина. Если обозначить
первоначальную длину образца буквой /о, а длину после испы-
таний I, то увеличение длины определится разностью I—/о- Если
это приращение длины разделить на первоначальную длину об-
разца и умножить на 100, то мы получим относительное
удлинение, выраженное в процентах. Оно обозначается бук-
вой 8 :
8=-^2- • 100%.
/о
С целью определения относительного сжатия обе
части образца после испытания составляют вместе и произво-
дят замер диаметра шейки (фиг. 103, б). По этому диаметру
определяют минимальную площадь поперечного сечения образца
в месте разрушения /. Относительное сжатие поперечного сече-
ния образца обозначается буквой ф. Эту величину выражают
также в процентах:
Ф=-^- 100%.
Г
Здесь F— это первоначальная площадь поперечного сечения
образца.
183
Пластические свойства металла, т. е. его способность дефор-
мироваться, характеризуются величиной относительного удлине-
ния и уменьшения площади поперечного сечения. Чем выше по-
казатели 8 и ф, тем пластичнее металл. Косвенно они характе-
ризуют и вязкость металла. Косвенно, потому что в действитель-
ности вязкость — это способность металла одновременно дефор-
мироваться без разрушения и оказывать при этом высокое со-
противление внешней нагрузке. К сожалению, более точно вяз-
кость при испытаниях на разрыв не определяется. Зато можно
определить ударную вязкость, т. е. способность металла проти-
востоять действию ударной нагрузки.
ИСПЫТАНИЕ НА УДАР
Такое испытание производится на специальных образцах
квадратного сечения, имеющих посредине надрез. Образец уста-
навливается на две опоры специального копра, и маятником по
нему наносится удар (фиг. 104). Ударная вязкость — это
энергия, затраченная на разрушение металла и отнесенная к
единице площади поперечного сечения образца. Она обозначает-
ся буквой ак и имеет размерность кгм/см2.
Наряду с пределом прочности, ударная вязкость является
важнейшей характеристикой металла, применяемого для деталей
машин. Но термист должен знать, что результаты испытаний на
удар зависят не только от термической обработки, но и от того
места, откуда вырезан ударный образец. Дело в том, что при
горячей обра<ботке металла давлением (прокатке, ковке, штам-
повке) в результате деформации зерна сильно вытягиваются, и
создается волокнистая структура (фиг. 105,а). Если образец вы-
резан вдоль волокна, то ударная вязкость будет выше, чем при
поперечном расположении волокон в образце (фиг. 105,6). Эго
объясняется тем, что при испытаниях в первом случае волокна
работают на растяжение, а во втором они как бы отслаиваются
друг от друга. Какой бы термической обработке ни был подверг-
нут металл, волокнистое строение сохраняется и оказывает вли-
яние на свойства металла.
Предел прочности и ударная вязкость —это две взаимосвя-
занные’характеристики. Если для данной детали важно полу-
чить более высокую ударную вязкость, то это может быть до-
стигнуто путем снижения предела прочности, например, повыше-
нием температуры и длительности отпуска. В тех случаях, ког-
да нужно получить максимальную прочность, приходится идти
на некоторое снижение ударной вязкости.
i	ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТВЕРДОСТИ
Определение твердости—(самый распространенный и доступ-
ный вид испытания и контроля металла. Для определения твер-
дости применяются сравнительно несложные приборы, а сама
184
Фиг. 105. Направление волокон в шейке коленчатого вала.
Фиг. 104. Ударный образец
а) и копер для испытания
на удар (б).
Фнг. 106. Измерение твер-
дости по Бринеллю:
а — внешний вид прибора;
б—замер диаметра отпечатка.
185
деталь не разрушается и после испытания обычно поступает в
работу.
Твердость определяется путем вдавливания в поверхность
металла под определенной нагрузкой стандартных наконечни-
ков в виде стальных шариков или алмазных конусов. Сопротив-
ление .металла такому вдавливанию характеризует твердость.
Существует несколько способов замера твердости.
Твердость по Бринеллю. Твердость - по Бринеллю оп-
ределяется путем вдавливания стального шарика с помощью
специального пресса Бринелля (фит. 106,о). Испытываемая де-
таль помещается на опорной столик 2 так, чтобы площадка, на
которой будет производиться замер, была в горизонтальном по-
ложении. Вращением .маховичка 5 деталь подводится к наконеч-
нику со стальным шариком 3. Включается электродвигатель /,
который приводит в действие систему рычагов, и шарик под
действием груза 4 вдавливается в поверхность испытываемой
детали, оставляя на ней отпечаток в виде лунки. Диаметр этой
лунки замеряется с помощью лупы с делениями (фиг. 106,6).
Чем выше твердость металла, тем меньше диаметр лунки и на-
оборот.
После термической обработки детали обычно имеют темный
цвет или даже следы окалины, и это затрудняет замер твердо-
сти. Поэтому предварительно с помощью наждачного круга про-
изводят зачистку небольшой площадки, где будет сделан отпе-
чаток. Зачистка не только облегчает промер лунки, но и удаля-
ет с поверхности окалину, грязь, обезуглероженный слой (если
он имеется), которые искажают результаты испытаний. Однако
если при зачистке наждаком на поверхности остаются риски, то
вид лунки искажается: при замерах диаметр вдоль рисок и по-
перек их получается разным. Нужно делать два замера (вдоль
и поперек рисок) и брать среднее значение диаметра.
В производстве принято твердость определять непосредст-
венно диаметром отпечатка, который обозначается буквами dB
или <2$НВ. Например, 0НВ = 3,2 мм означает, что твердость по
Бринеллю соответствует диаметру отпечатка 3,2 мм.0—значок
диаметра, Н — первая буква слова «харднесс», что в переводе с
английского означает твердость, В — это начальная латинская
буква слова «Бринелль». В литературе твердость по Бринеллю
обозначается числом, которое определяют по таблицам в зави-
симости от диаметра отпечатка, например 77g = 341. Данные
для перевода диаметра лунки (отпечатка) в число твердости
приводятся в справочниках.
Обычно замеры твердости сталей и чугунов по Бринеллю
производят с помощью десятимиллиметрового шарика при на-
грузке 3000 кг. Если деталь или образец имеют настолько ма-
лые размеры, что пользоваться таким шариком неудобно, мож-
но применить пятимиллиметровый шарик, но нагрузка при этом
186
должна быть 750 кг. Для определения числа твердости по таб'
лице нужно диаметр отпечатка от пятимиллиметрового шарика
удвоить.
Очень часто при замеразс твердости возникают ошибки из-за
того, что отпечатки делают слишком близко к краю детали. Это
приводит к выпучиванию
металла и искажению лун-
ки. То же самое может быть,
если толщина металла в
месте замера меньше 5—
6 мм. Способ замера твердо-
сти по Бринеллю непригоден
для очень твердых сталей
(инструментальных, цемен-
тированных) , так как сталь-
ной шарик в наконечнике
прибора может смяться
или даже сломаться, кро-
ме того, отпечаток получа-
ется слишком малым, и его
трудно замерить. В таких
случаях пользуются прибо-
рами с алмазными наконеч-
никами. Самым распрост-
раненным из таких прибо-
ров является прибор Рок-
велла.
Твердость по Роквеллу.
Схема прибора Роквелла и
внешний вид его показаны
на фиг. 107. В наконечни-
ке 1 укрепляется алмазный
конус 2. Испытываемая де-
Фиг. 107. Прибор Роквелла
а — схема; б — внешний вид.
таль устанавливается на
столике 3 и вращением ма-
ховика 4 подводится к ост-
рию конуса. Этим же махо-
вичком создается предварительная нагрузка. Затем поворотом
рукоятки 5 от себя включают систему рычагов, и давление грузов 6
передается на конус. Чем мягче металл, тем глубже внедряется
в него конус. Величина углубления фиксируется индуктором 7.
При обратном повороте рукоятки на себя нагрузка с конуса сни-
мается, и стрелка на шкале индикатора указывает число, соот-
ветствующее твердости испытываемого металла.
На таком приборе можно определять также твердость неза-
каленной стали, чугуна и цветных металлов. Для этого в нако-
нечник, вместо алмазного конуса, вставляется стальной шарик,
187
и груз уменьшается. Твердость, измеренная алмазным конусом
при грузе 150 кг, обозначается буквами 7?с (иногда HRc). ₽ —
это латинское обозначение первой буквы названия прибора —
Роквелл, С — шкала, соответствующая нагрузке в 150 кг. Ал-
мазным конусом можно измерять твердость при уменьшенной
нагрузке 60 кг. Это необходимо при замерах твердости азо-
тированной и цианированной поверхности. Отсчет показаний
при этом производится по той же шкалеЛ но твердость обознача-
ется буквами При замерах твердости стальным шариком на-
грузка должна быть 100 кг, а отсчет показаний ведется по вто-
рой шкале индикатора, на которой стоит буква В. Сама твер-
дость обозначается буквами /?в.
Каждый раз перед замером твердости нужно проверять по-
казания прибора с помощью эталонных плиток. Установка де-
тали на столике прибора имеет очень большое значение для пра-
вильного замера. Необходимо, чтобы площадка, на которой про-
изводится замер, была строго горизонтальной. Если площадка
наклонная, то наконечник будет скользить по ней, и показания
твердости будут заниженными. Пружинение детали при замерах
совершенно недопустимо, так как результаты замеров при этом
будут искаженными.
Твердость по Виккерсу. При этом способе в поверхность ме-
талла вдавливается алмазная пирамида. Она оставляет на по-
верхности четырехугольный отпечаток. Нагрузка применяется
очень малая (обычно от 5 до 30 кг). Это позволяет измерять
твердость на тонких азотированных и цианированных слоях. От-
печаток при этом получается настолько малым, что величину
его приходится замерять с помощью микроскопа, который
укреплен на приборе. Замеряется величина диагонали отпечатка,
а затем по таблицам определяется число твердости. Твердость
по Виккерсу обозначается буквами Hv (иногда Hw). До 400 ед.
числа твердости по Виккерсу и по Бринеллю совпадают.
Для сопоставления твердости, измеренной различными мето-
дами, пользуются таблицами. Выбор способа замера твердости
зависит от рода металла, а также от наличия того или иного
прибора. В табл. 23 приводятся 'материалы и рекомендуемые
для них способы замера твердости.
В цеховых условиях, когда обрабатываются большие партии
мелких деталей, особенно при цианировании и азотировании,
замер твердости иногда производится с помощью тарированных
напильников. Для этого нужно иметь набор напильников с раз-
личной твердостью. При пробе испытываемой детали напильни-
ком он должен скользить по поверхности, не оставляя заметных
следов на ней.. Это является признаком того, что твердость де-
тали выше твердости напильника. Последовательно производя
пробу несколькими напильниками, приблизительно устанавли-
вают твердость детали.
188
Таблица 23
Материалы, их термическая обработка и рекомендуемые способы замера
твердости
Материал	Обработка или состояние	Способ замера твердости	Значение твердости
Сталь	Отжиг	 Закалка и отпуск . . . Закалка 	 Цементация 	 Азотирование	 Цианирование .....	Бринелль 	 Бринелль ... Роквелл, шкала С . Роквелл, шкала С Роквелл, шкала А . Роквелл, шкала А .	80—220 225—400 55—60 58-62 78—82 78—80
Чугун	Серый	 Белый	 Ковкий	 Высокопрочный ....	Бринелль ..... Роквелл, шкала С . Бринелль 	 Бринелль .....	100—250 56—64 110—273 156—269
Дюралюмин	Отжиг 		 Закалка и отпуск . . .	Бринелль ..... Бринелль 		40—55 90-120
Силумин	Литье	 Закалка и отпуск . . .	Бринелль 	 Бринелль 		50—65 65—100
Магниевые сплавы	Литье	 Закалка и отпуск . . .	Бринелль 	 Бринелль		40—55 65—85
ЧТО МОЖНО УВИДЕТЬ С ПОМОЩЬЮ МИКРОСКОПА
С помощью микроскопа можно увидеть внутреннее строение
металла, его микроструктуру. Это очень важно, ибо свойства
металла, как мы уже знаем, зависят от его структуры. Кроме
этого, можно определить чистоту металла в отношении различ-
ных включений, наличие микропор, трещин и т. п.
Для исследования металла под микроскопом нужно изгото-
вить микрошлиф, т. е. образец, вырезанный из металла, на
котором отшлифована и отполирована до зеркального блеска
одна плоскость. Получается как бы срез по всем зернам, через
которые прошла эта плоскость. Если теперь микрошлиф протра-
вить кислотой, то границы между зернами, где располагаются
неметаллические включения и где атомная решетка искажена,
протравятся сильнее. Получится нечто вроде сетки из канавок.
Лучи света будут отражаться от плоскости шлифа, как от зер-
кала, за исключением тех мест, где проходят границы зерен. От
границ зерен лучи света будут рассеиваться в разные стороны
(фиг. 108). Поэтому под микроскопом сами зерна представля-
ются светлыми, а границы между ними — темными.
Точно так же обнаруживаются неметаллические включения.
189
Фиг. 108. Отражение лу-
чей от различных участ-
ков микрошлифа.
При этом мичрошлиф даже .не нужно травить. Если посмотреть
на него под микроскопом, то .мы увидим ровное белое поле, ко-
торое создается лучами, отраженными от плоскости шлифа, как
от зеркала, и темные островки — неметаллические включения.
Они рассеивают световые лучи в разных направлениях и потому
представляются темными пятнами на
светлом фоне. В литой стали эти вклю-
чения имеют более или менее округлую
форму (фиг. 109, а), а в кованой они
вытягиваются в нити или цепочки (фиг.
109, б).
К чему же сводится роль микроско-
па? Дело в том, что зерна бывают на-
столько мелкими, что иногда для их рас-
смотрения требуется увеличение в не-
сколько тысяч раз. Обычно применяемые
микроскопы дают увеличение от 50 до
1500 раз. Когда нужно рассмотреть не-
металлические включения или измерить
глубину поверхностно упрочненного слоя (при цементации, азо-
тировании, закалке т. в. ч. и др.), применяют увеличение от
100 до 200. При изучении микроструктуры стали нужно увели-
Фиг. ПО. Замер глубины
цементированного слоя.
Фиг. 111. Замер глубины
обезуглероживания.
чение от 400 до 600. В отдельных случаях при наблюдении очень
мелкодисперсной структуры (например троостита) ив других.слу-
чаях, когда это необходимо, применяют увеличение до 1500 раз. с
Степень увеличения обозначается значком X и цифрой. Напри- u
мер, Х'400 обозначает 400-кратное увеличение.
При определении глубины цементированного слоя на произ-
водстве иногда возникают недоразумения. Происходит это по-
190
тому, что цементированный слой не имеет резко выраженной
границы, а постепенно переходит в структуру сердцевины. В за-
водских инструкциях рекомендуется иногда замерять только по-
ловину или 2/а переходной зоны. Чтобы исключить ошибки, нуж-
но всегда производить замер полной глубины цементированно-
го слоя, включая заэвтектоидную, эвтектоидную и доэвтекто-
идную зоны до четко выраженной структуры сердцевины
(фиг. ПО ом. в конце книги). Не следует производить замер пос-
ле закалки, так как в закаленном слое эти зоны менее четко вид-
ны, и замеры, как правило, дают завышенный результат. Точно
так же при замерах глубины обезуглероженного слоя нужно
учитывать полную глубину его до ясно различимой структуры
основного металла (фиг. 111).
Из всего этого видно, какое большое значение имеет умение
термиста разбираться в микроструктуре. Нередки случаи, когда
термисты, не знающие микроскопа и не умеющие им пользовать-
ся, относятся к этому прибору с недоверием, а иногда и с враж-
дебностью, поскольку он вскрывает промахи и неудачи при тер-
мообработке. Каждый термист, если он хочет быть настоящим
мастером своего дела, должен уметь пользоваться микроскопом,
проверяя на нем результаты своей работы. МикроЬкоп должен
стать верным помощником термиста.
Иногда бывает полезно результаты наблюдения под микро-
скопом сопоставить с замерами твердости. С этой целью в
табл. 24 приведены основные виды структур и соответствующие
им пределы твердости по Бринеллю.
Таблица 24
Твердость различных структурных составляющих стали
Наименование микроструктуры	Твердость по Бринеллю
Феррит . 				 Цементит			 Перлит зернистый			 Перлит пластинчатый	 Перлит сорбитизированный	 Сорбит			 Троостит 	 Троостит 4-мартенсит 				 Мартенсит после закалки	 Мартенсит после отпуска	 Аустенит			50—90 820 160—190 190—230 230—260 250—300 300—400 400—600 650—750 700—750 150—180
О ЧЕМ ГОВОРЯТ ИЗЛОМЫ
Контроль качества металла и термической обработки по
излому—один из самых старых, но в то же время не устаревших
видов контроля. Несмотря на появление новых методов контро-
191
ля с помощью точных приборов, он сохранил свое значение и в
настоящее время. Поэтому при изготовлении многих ответствен-
ных деталей, особенно больших размеров (коленчатые валы,
роторы и др.), производится контроль качества металла по из-
лому. Это делается на образцах, для отрезки которых  преду-
сматривается специальный припуск.
Контроль по изломам доступен и прост. На образцах, отре-
заемых от деталей (такие образцы иногда называют темплета-
ми), производится надрез на небольшую глубину, а затем они
ломаются под прессом. По виду излома можно определить сле-
дующее:
1)	наличие в металле дефектов металлургического проис-
хождения (микровключений, пористости и т. п.).
2)	однородность кристаллического строения и размер кри-
сталлитов;
3)	качество обработки давлением и возможные дефекты,
связанные с ней: трещины, флокены, перегрев и др.;
4)	качество термической обработки (размер зерна, однород-
ность структуры, глубину слоя при поверхностной обработке).
Однако для правильной оценки качества излома нужен боль-
шой навык, который- приобретается только длительной практи-
кой. Поэтому умение определять качество металла по излому яв-
ляется одним из пробных камней мастерства термиста. Но что-
бы освоение этого умения происходило не вслепую, полезно
знать по описанию, которое здесь приводится, основные типы
изломов и характер встречающихся в них дефектов.
КАМНЕВИДНЫЙ ИЗЛОМ
Такой излом всегда имеет крупнокристаллическое строение
и напоминает излом камня. В нем можно хорошо различить отт
дельные кристаллиты с резкоочерченными гранями. Кристалли-
ты—-это зерна стали. На фиг. 112 показан излом, полученный
на крупном сечении (фотографии изломов см. в конце книги на
фиг. 112—117). У поверхности он имеет крупнозернистую
камневидную структуру. Камневидный излом — признак пере-
грева стали. Видимые в изломе грани кристаллитов — это их
границы. Перегрев вызывает разрушение по границам зерен.
Происходит это потому, что при высокой температуре (более
1000°) зерна вырастают, и границы их обогащаются различными
примесями. Связь между зернами делается непрочной, и в ре-
зультате этого деталь или образец при ударах сравнительно не-
большой силы разрушается. При термической обработке такой
перепрев — редкое явление.
Бывают случаи, когда перегрев получается настолько силь-
ный, что происходит окисление и оплавление границ зерен. Это
уже пережог, и об этом мы уже говорили на стр. 70.
192
Если после термической обработки обнаруживается пере-
грев, то возможно, что он возник еще при ковке. Если же обна-
ружен пережог, то причину надо искать в термообработке, так
как пережженный металл при обработке в кузнице рассыпался
бы на куски.
Небольшой перегрев можно исправить термической обработ-
кой, например нормализацией. Сильный перегрев устраняется
лишь при дополнительной и при этом интенсивной ковке.
КРУПНОКРИСТАЛЛИЧЕСКИЙ БЛЕСТЯЩИЙ ИЗЛОМ
И в этом случае крупнокристаллический вид излома связан
с ростом зерна при перегреве. В отличие от камневидного изло-
ма, который возникает после закалки и отпуска, блестящий
излом получается после нормализации или отжига. Объясняется
это тем, что первый излом хрупкий и происходит по границам
зерен, как по местам наиболее ослабленным по сравнению с са-
мими зернами, а второй — вязкий и происходит через сами зер-
на, которые после нормализации или отжига не имеют такой вы-
сокой прочности, как после закалки. Этим и объясняется блеск
в изломе (фиг. 113).
Если перегрев был допущен при ковке, то детали в сыром
виде (до термообработки) также будут иметь крупнокристалли-
ческий блестящий излом. Повторным отжигом или нормализа-
цией с нагревом до нормальной температуры удается устранить
этот дефект.
БЛЕСТКИ В ИЗЛОМЕ
Блестки на фоне волокнистого серо-матового излома могут
наблюдаться в металле, который прошел термообработку улуч-
шения— закалку и отпуск. При нормальном режиме улучшения
излом имеет волокнистое строение и матово-серый цвет. Чем
тоньше строение излома, тем выше свойства металла. Если на
фоне такого излома встречаются отдельные блестящие кристал-
лики или целые участки кристаллического строения, то это при-
знак некачественной закалки, а именно, недостаточного прогре-
ва или малой скорости охлаждения. В результате получается
неполная закалка: в отдельных местах сохраняется феррит или
перлит. Они-то и дают кристаллические блестки, так как излом
в этих местах проходит не по границам, а по самим зернам.
Для устранения такого дефекта необходимо произвести по-
вторную закалку, правильно выбрав продолжительность нагрева
и скорость охлаждения.
Бывают случаи, когда вид излома в зоне, прилегающей к по-
верхности, нормальный (волокнистый матово-серого цвета),
а в сердцевине — кристаллический. Легко теперь догадаться, что
это признак несквозной прокаливаемости детали..
13 Заказ 402	193
ШИФЕРНЫЙ ИЗЛОМ
Такой излом имеет уступы, напоминающие шифер (фиг. 114).
В нем могут быть вырывы в отдельных местах, расслоения
и прерывистые трещины. Сталь с шиферным изломом обладает
пониженной пластичностью и вязкостью. Главная причина ши-
ферного излома — неоднородность стали по химическому соста-
ву (дендритная ликвация). Таким образом, это дефект метал-
лургического происхождения. Для устранения его нужен очень
длительный отжиг при высокой температуре, что дорого и свя-
зано с потерями металла на окалину. Выгоднее производить
ковку металла, чередуя осадку с протяжкой.
ФЛОКЕНЫ
По виду флокены представляют собой белые резко очерчен-
ные пятна с мелкозернистой кристаллической поверхностью, но
без характерного металлического блеска (фиг. 115). По цвету
они отличаются от фона излома и напоминают хлопья. Отсюда
и название «флокен», что по-немецки означает хлопья. Размеры
флокенов бывают в пределах от 0,5 до 20 мм в поперечнике.
Для более уверенного обнаружения флокенов рекомендуется
делать изломы в двух взаимно перпендикулярных направле-
ниях, например вдоль и поперек образца.
Наиболее часто получаются флокены в хромоникельмолиб-
деновой стали, особенно в крупных сечениях. В литых сталях
флокены встречаются редко. В углеродистых сталях они бывают
редко не только в отливках, но и в поковках.
Главным виновником появления флокенов является водород.
В жидкой стали всегда растворено некоторое количество водо-
рода. При затвердении слитка он частично выходит из стали,
а частично, особенно при быстром охлаждении, остается. В даль-
нейшем при обработке давлением растворимость его в стали
еще более снижается, и в условиях продолжающегося снижения
температуры в отдельных микрообъемах металла водород раз-
вивает настолько сильное давление, что это приводит к местным
разрывам — трещинам, которые мы затем и обнаруживаем
в виде флокенов.
Флокены больше встречаются на крупных поковках, где вы-
ход водорода более затруднен толщей металла. Предупредить
их появление можно замедленным охлаждением поковок. По-
явившиеся флокены иногда удается устранить большими обжа-
тиями при обработке давлением.
ФАРФОРОВИДНЫЙ ИЗЛОМ
Инструментальные стали обрабатываются на высокую твер-
дость 58—64 Rc. Структура, получающаяся после термической
194
обработки,— мартенсит. В отличие от волокнистого излома,
который дает сорбит, излом инструментальных сталей напоми-
нает излом фарфора и по этой причине называется фарфоро-
видным. Излом такой имеет светло-матовый оттенок (фиг. 116).
Строение излома бывает настолько тонкое, что порою он кажет-
ся бесструктурным. Это признак высококачественной термиче-
ской обработки.
НАФТАЛИНИСТЫЙ ИЗЛОМ
Этот вид излома характерен для быстрорежущей стали. Из-
лом имеет отдельные крупные блестящие зерна, напоминающие
чешуйки нафталина (фиг. 117).
Нафталинистый излом получается в быстрорежущей стали
при повторной закалке без промежуточного отжига, а также
при завышенной температуре конца ковки. Сильный рост зерен
как в том, так и в другом случае, приводит к хрупкости, возни-
кают трещины, и -инструмент получается непригодным к делу.
МАГНИТНЫЕ МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ
КОНТРОЛЬ ТВЕРДОСТИ
Магнитный способ контроля твердости имеет большие пре-
имущества перед обычными методами контроля на приборах
Роквелла, Бринелля и др. Эти преимущества следующие:
1)	меньше возникает ошибок;
2)	время, необходимое для контроля, в 5—6 раз меньше;
3)	простота работы на приборе.
Магнитный метод контроля твердости основан на том, что
при изменении структуры стали меняется ее твердость, а вместе
с ней и магнитные характеристики. Одной из таких характери-
стик является так называемая коэрцитивная сила. Это напря-
женность магнитного поля, которую нужно дать на предвари-
тельно намагниченный образец, чтобы полностью его размаг-
нитить. Чем выше твердость, тем выше и коэрцитивная сила.
Магнитный прибор для измерения твердости поэтому и получил
название коэрцитиметр.
Работа на этом приборе заключается в следующем. Предпо-
ложим, что какая-нибудь деталь после термической обработки
должна иметь твердость в пределах 35—40 Rc . Подбирают две
детали: одну с твердостью 35 Rc , другую 40 Rc . Каждую и»
этих деталей испытывают на приборе и при этом замечают по
отклонению стрелки, какой ток потребовался для полного раз-
магничивания первой и второй детали. Пусть, например, эти
отклонения были для первой детали 10 делений шкалы, для вто-
рой 15. Очевидно, все детали, имеющие твердость в пределах
13*
195
•т 35 до 40 Rc , должны при испытаниях давать отклонение
стрелки в пределах от 10 до 15 делений. Ясно, что не нужна вы-
сокая квалификация, чтобы произвести контроль деталей п»
твердости на этом приборе. Внешний вид коэрцитиметра с при-
ставным электромагнитом показан на фиг. 118.
Фиг. 118. Коэрцитиметр.
С помощью магнитного метода можно контролировать дета-
ли, подвергнутые поверхностной закалке т. в. ч., цементирован-
ные и т. п. При этом можно отсортировывать детали, имеющие
отклонения не только по твердости, но и по глубине слоя.
ОБНАРУЖЕНИЕ ПОВЕРХНОСТНЫХ ДЕФЕКТОВ
Магнитный метод контроля применяется в цеховых условиях
для обнаружения скрытых поверхностных дефектов. Для этого
деталь помещается между двумя магнитами и намагничивается.
Затем она погружается в ванну, где в керосине размешан мель-
чайший порошок окиси железа (крокус). Этот порошок притя-
гивается к местам расположения дефектов, таких, как трещины,
волосовины, и четко обрисовывает их.
В производстве такой прибор называют магнофлоксом. Он
может применяться для контроля качества поверхности самых
разнообразных деталей: коленчатых валов, клапанов, пружин
и др. На фиг. 119 (см. в конце книги) показана пружина, на
которой с помощью магнофлокса четко выявлена волосовина.
Термическая обработка, как и всякая другая обработка де-
талей, слагается из целого ряда операций: укладки, нагрева,
закалки, промывки, отпуска, очистки, контроля. Операции про-
изводятся с помощью определенного оборудования и приспособ-
лений и проходят одна за другой в строгой последовательности
с соблюдением режима по времени и температуре.
Технологическая карта — это основной документ на
производстве, в котором записано, как и в какой последователь-
ности должны проводиться все операции термической обработки.
На каждом заводе применительно к характеру производства
карты составляются по разной форме. Но независимо от формы
содержание карты должно включать следующее:
1)	перечень всех операций;
2)	режимы основных термических операций (время, темпе-
ратура, среда охлаждения);
3)	тип оборудования, необходимого для каждой операции;
4)	садку, т. е. количество или вес.загружаемых в печь дета-
лей;
5)	приспособления;
6)	нормы времени на операции и разряд рабочего;
7)	способ контроля деталей.
Кроме того, в карте указывается наименование обрабаты-
ваемой детали и ее заводской номер, марка сплава и желатель-
но эскиз детали. Отдельно в карте записываются технические
требования, предъявляемые к детали после термической обра-
ботки (твердость, механические свойства, глубина цементиро-
ванного слоя и др.).
Карта технологического процесса составляется технологом
термического цеха. При необходимости ее должен уметь соста-
вить термист. Для этого предварительно изучаются чертеж де-
197
тали и технические требования, предъявляемые к ней после тер-
мической обработки. Затем с учетом имеющегося оборудования
и приспособлений, а также йа основании знаний и опыта назна-
чается технологический процесс.
Основное при составлении технологического процесса — это
определение вида и режима термической обработки. Определить
вид термической обработки — это значит из всех известных спо-
собов обработки выбрать такой, который обеспечивает наилуч-
шие свойства детали в соответствии с теми требованиями, какие
к ней предъявляются, и в то же время является наиболее деше-
вым и доступным в условиях работы цеха.
Иногда, особенно при обработке легированных сталей, бы-
вает трудно сразу точно назначить режим обработки. В этом
случае производится пробная термообработка небольшой пар-
тии деталей и по полученным результатам окончательно уточня-
ется режим, который и записывается в технологическую карту.
После этого технологические карты утверждаются главным метал-
лургом или главным инженером завода и становятся основным
законом на производстве. Никакие отступления от этого закона
или его нарушения недопустимы. Это, конечно, не значит, что
составленный технологический процесс остается навсегда неиз-
менным. Напротив, он должен непрерывно совершенствоваться.
Технологические приемы зависят от уровня техники, от совер-
шенства оборудования, приспособлений, а все это непрерывно
меняется. Значит со временем должен меняться и технологиче-
ский процесс. Однако изменения эти должны быть предвари-
тельно проверены.
Если термист желает применить какое-нибудь усовершенст-
вованное приспособление или внести изменение в режим терми-
ческой обработки или, наконец, в корне изменить весь процесс,
он должен посоветоваться с мастером, технологом или началь-
ником цеха, а затем, убедившись в правильности своих предпо-
ложений и расчетов, потребовать выпуска карты опыта. Карта
опыта — это технологическая карта, в которой предусмотрена
термическая обработка небольшой партии деталей по новой тех-
нологии. Если после всесторонней проверки качества и свойств
деталей, а также стоимости обработки по новой технологии бу-
дут получены удовлетворительные результаты, то составляется
новая технологическая карта, и на обработку по этой техноло-
гии переводятся все детали.
Каждый термист, как и передовые рабочие других специаль-
ностей, не только может, но и должен заниматься улучшением
технологического процесса: добиваться повышения производи-
тельности и облегчения условий труда, повышения качества
и снижения себестоимости обработки. В условиях современного
механизированного производства для этого нужны всесторонние
знанмя. Нужно также иметь представление о том, в каком иа-
198
правлении в ближайшее время будет развиваться технология
термической обработки, какие из ее видов являются наиболее
прогрессивными.
Развитие технологии термообработки должно основываться
на следующем:
1)	использование остаточного тепла штамповок для произ-
водства последующих операций термической обработки;
2)	ускорение процессов нагрева и встраивание установок
для термической обработки в поток механических цехов;
3)	создание автоматических установок, агрегатов и линий
термической обработки;
4)	применение нагрева т. в. ч.;
5)	применение изотермической обработки;
6)	применение газовой цементации с непосредственной за-
калкой.
Ясно, что в условиях современного производства успешно
может работать и совершенствовать технологию, оборудование,
приспособления только тот термист, который хорошо понимает
сущность термообработки, знает современные технологические
процессы, термическое оборудование и т. д., т. е. тот, кто овла-
дел мастерством своего дела.
ЛИТЕРАТУРА
Справочная
1.	А. А. Шмыков, Справочник термиста, Машгиз, 1У56.
Приводятся сведения о составе, механических и технологических свой-
ствах и режимах термической обработки стали, чугуна, деталей машин и ин-
струментов, а также данные но печам и приборам теплового контроля.
2.	И. С. Каменичный, Краткий справочник термиста, Машгиз, ‘1959.
Наряду с общими справочными данными, приводятся подробные сведения
о термической обработке и свойствах инструмента.
3.	Металловедение и термическая обработка, справочник под ред.
Н. Т. Гудцова, Металлургиздат, 1956.
Содержит теоретические и практические сведения о методах испытаний
металлов, о термической обработке полуфабрикатов, деталей машин и инст-
рументов, а также данные, необходимые для проектирования термических
цехов.
4.	Справочник по машиностроительным материалам, под ред. Г. И. П о-
годин а - Алексеев а, Машгиз, 1959.
Состоит из четырех томов: т. I — Стали; т. II—Цветные металлы
и сплавы; т. III—Чугуны; т. IV—Неметаллические материалы. Приведены
подробные данные о марках сталей, чугунов и цветных сплавов, о влиянии
различных элементов на свойства металла.
5.	М. М. Гулько, Металлы и материалы, Машгиз, 1960.
Весь материал приведен в таблицах: прокатная и листовая сталь, про-
волока, лента; марки и ГОСТ на металл; вес 1 пог. м различных профилей.
6.	И. Г. Самош и н, Л. Е. Токмакова, Справочник молодого тер-
миста, Трудрезервиздат, 1958.
Предназначен в основном для молодых рабочих. Содержит элементарные
сведения по металловедению, термической обработке, технологическим про-
цессам и оборудованию термических цехов.
7.	С. А. Филинов, И. В. Ф и р г е р, Справочник термиста. Машгиз,
1960.
Рассчитан на квалифицированных рабочих, бригадиров и мастеров терми-
ческих цехов. Основным содержанием справочника являются режимы тер-
мической обработки сталей, чугунов и цветных сплавов. Материал представ-
лен главным образом в таблицах.
Учебная
#. Б. П. 3 а х а р о в, Термическая обработка металлов, Машгиз, 1957.
Учебник предназначен для учащихся техникумов, одиако в большей части
доступен и полезен передовым рабочим.
9. И. Ф. Вязников, Термист, Металлургиздат, 1957.
Учебник для рабочнх-термистов. Рассматриваются основы металловеде-
ния и термической обработки стали и чугуна, а также технологии порошковой
металлургии.
200
18, A. H. Минкевич. Химике-термическая обработка стали. Машгиз,
1958.
Подробно описаны теория и практика всех видов химико-термической об-
работки. В части оборудования материал устарел.
11.	С. Л. Рустем, А. П. Гаращенко, Оборудование, автоматиза-
ция и механизация в термических цехах, Машгиз, !1957.
Описывается современное оборудование, приборы теплового контроля,
средства механизации и автоматизации термических цехов.
12.	И. М. С е р г е и ч е в, А. М. П е ч к о в с к и й, Термическая обработка
режущего и измерительного инструмента, Машгиз, 1960.
Дается описание технологических процессов, оборудования и приспособ-
лений, применяемых при термической обработке инструментов. Приводятся
92 технологические карты.
13.	А. Д. Асе о нов, Термическая обработка деталей автомобиля, Маш-
гиз, 1954.
Книга содержит подробные сведения о технологии термической обработки
деталей легковых и грузовых автомобилей и применяемом для этого в массо-
вом производстве оборудовании.
44.	Б. В. Ц е т л и н, Безопасность труда при процессах термической об-
работки металлов, Машгиз, 1955.
Излагаются основные правила личной и общественной безопасности
в термических цехах. Описываются приспособления к основному и вспомо-
гательному оборудованию, обеспечивающие безопасность работы, правила
эксплуатации оборудования и безопасные приемы работы.
Передовой производственный опыт
15.	Н. Вавилов, Наш опыт закалки стали, 1956.
16.	А. Ф. Лебедев, Комплексная механизация термической обработки
деталей, Машгиз, 1958.
17.	И. Я. С и т а н о в, Определение марки стали по искре, Машгиз, 1953.
18.	Термическая и химико-термическая обработка черных и цветных ме-
таллов, темы 3 и 5, 1957—1960 гг., Всесоюзный институт научной и техниче-
ской информации (ВИНИТИ).
19.	С. В. Лященко, Прогрессивные методы термической обработки на
Минском тракторном заводе, Л., 1960.
20.	А. Д. Ассоно в, Газовая цементация и нитроцементация стальных
деталей, Л., 1960.
21.	А. В. К р и у л и н, Сульфоцианирование стали и чугуна, Л., 1960.
ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ
А
Автоматная сталь 12
Автоматические линии 172
Азотирование 102
Алюминиевые сплавы 18
Анализ химический 181
— спектральный 181
Анормальная структура 100
Атмосфера защитная 56
Б
Блестки в изломе 193
Блестящий излом 193
Бор в стали 13
Бронза 17
Булатная сталь 3
Быстрорежущая сталь 146
В
Ванадий в стали 14
Вапор-масло 58
Верхняя критическая точка 24
Вискозин-масло 58
Волокна в макроструктуре 184
Ъольфрам в стали 13
Вязкость металла 184
Г
Газовая цементация 92
Газовое цианирование 116
Гвдрюпескоочистка 156
Глубокое охлаждение 75
Гомогенизация 52
Границы зерен 30
Графит в чугуне 23
Д
.Дефекты азотирования 108
—	закалки 82
—	иагрева 66
— цементации 98
— цианирования 118
Диаграмма изотермического пре-
вращения аустенита 34
Диаграмма состояния 25
Диссоциометр 104
Диффузия 87
Доэвтектоидная сталь 25
Дробеструйный наклеп 127
Дюралюмин 18
3
Закалка бездеформациоиная 44
— в электролите 125
— в двух средах 42
— воздушным душем 131
— водо-воздушной смесью 74
— газопламенная 123
— горячая 136
— изотермическая 43, 136
—• масляным душем 130
— местная 80
— поверхностная 125
— под утюгом 149
— прерывистая повторным погру-
жением 43
— светлая 75, 136
— с использованием цементационно-
го Нагрева 153
— с использованием штамповочного
нагрева 136
—	 с подстуживанием 80
—	ступенчатая 42
Закалочные среды 71
Защита от азотирования 103
—	цементации 89
И
Изотермическая закалка 43, 136
Изотермический отжиг 54
Изотермический .распад 34
Индукционный нагрев 120
Индуктор 120	I
Инструментальные стали 144	'
Искровая проба стали 182	!
202
к
Камневидиый излом 192
Карбиды 37
Карбюризатор 86
Карналит 75
Коэрцитиметр 196
Контроль по излому 191
Коробление при нагреве 69
Красноломкость 12
Красностойкость 146
Кремний в стали 14
Кристаллиты 22
Критическая скорость
закалки 36
Критические точки 24
Л
Латунь 17
Легирующие элементы 12
Ликвация 52
Ликвидус 25
М
Магиофлокс 196
Макроструктура 22
Марганец в стали 12
Мартенсит 29, 35
Маслоохладительная установка 73
Местная закалка 78
Механические свойства 182
Микроструктура 22, 189
Микрошлиф 189
Молибден в стали 13
Н
Нагрев газокислородным пламе-
нем 123
— замедленный 61
— скоростной 61
— ступенчатый 61
— т. в. ч. 119
в электролите 125
Напряжения внутренние 39, 50
— межатомные 41
—	термические 41
—	структурные 41
Нафталиннстый излом 195
Нормализация 49
Неметаллические включения в ста-
ли 190
Нижняя критическая точка 24
Никель в стали 13
Нитриды 102
Нитроцементация 115
Нормы времени нагрева 64
О
Обезуглероживание 66
Обработка паром 151
— холодом 15
Окалинообразование 66
Оксидирование 137
Остаточный аустенит 36
Отжиг диффузионный 52
— изотермический 54
— на мелкое зерно 53
—	• рекристаллизационный 52
—	светлый 56
—	смягчающий 50
Относительное сжатие 183
— удлинение 183
Отпуск 46	”	;
Отпускная хрупкость 48
П
Пассивирование 137	’
Перегрев 69
Пережог 69
Перлит 22, 51
Пластическая деформация 27
Пластичность 27
Предел прочности 182
— текучести 183
Приспособления для цементации 96
Приспособления для цианирова-
ния 115
Прокаливаемость 37
Прочность стали 27
Р
Рекристаллизационный отжиг 52
Решетка кубическая 46
— тетрагональная 46
Роквелла прибор 187	!
Рост зерен 69
С
Самоотпуск 122
Светлая закалка 43, 136,
Светлый отжиг 56
Светлый отпуск 56
Сера в стали 12
Солидус 25
Сорбит 47
Сильвинит 58
Структура металла 20
Ступенчатое азотирование 105
Ступенчатая закалка 42
Ступенчатая цементация 91
203
Ступенчатое цианирование 117
Сульфоцианированме 154
Т
Твердость по Бринеллю 186
— Виккерсу 188
— Роквеллу 187
Твердый раствор 23
Термоиндикатор 60
Термокарандашн 60
Титан в стали 14
Титановые сплавы 19
Троостит 36, 47
У
Углерод в стали 11
Ударная вязкость 30, 184
Удельная прочность 19
Улучшение 47
Упругая деформация 27
Усадка карбюризатора 88
Ф
Фарфоровидный излом 195
Феррит 22
Флокены 194
Фосфатирование 107
Фосфор в стали 12
X
Хладноломкость 12
Хром в стали 13
Хрупкость отпускная 48
Ц
Цвета каления 59
—	побежалости 60
Цементация с непосредственной за-
калкой 153
Цементация газовая 92
—	твердым карбюризатором 87
Цементит 15, 22
Цианирование высокотемператур-
ное 113
Цианирование газовое 116
—	жидкостное 111
— низкотемпературное 111
Ч
Частота тока 119
Чугун белый 15
— высокопрочный 16
ковкий 16
— модифицированный 16
Ш
Шахтная печь для цементации 9<
Шиферный излом 194
Шестерни и их обработка 98, 172,
Штампы и их обработка 129
Э
Эвтектоидная сталь 25
Электродно-соляная ванна 149
Электролит 125
Электрон сплав 19
СОДЕРЖАНИЕ
Мастерство в термической обработке ............................... 3
Металлы — основной материал в машиностроении...................... 8
Сталь .........................................................И
Чугун .......................................................14
Цветные сплавы ..............................................16
Сплавы на основе меди......................................17
Сплавы на основе алюминия..................................18
Магниевые сплавы..........................................19
Сплавы титана .............................................19
Строение металлов ............................................... 20
Микроструктура стали и чугуна ................................22
Какие изменения происходят в стали	при	нагреве ............ 23
Диаграмма состояния и как ею пользоваться.....................25
Чем объясняется высокая прочность	стали .................... 27
Что происходит со сталью при закалке..............................32
К чему приводят закалочные напряжения.........................39
Способы закалки, предупреждающие внутренние напряжения,
трещины и коробление деталей.................................42
Закалка в двух средах.............. ......................42
Ступенчатая закалка ....................................   42
Изотермическая закалка.....................................43
Прерывистая закалка повторным	погружением..................43
Бездеформационная закалка ................................ 44
Для чего и как производят отпуск..................................46
Цели и виды отжига стали..........................................49
Улучшение обрабатываемости ...................................49
Снятие внутренних напряжений ................................,50
Подготовка структуры стали для улучшения качества закалки . . 51
Устранение наклепа после холодной пластической деформации . . 52
Отжиг на мелкое зерно ........................................53
Изотермический отжиг . ... ...................................54
Правильно нагревать металл ...................................... 55
Значение среды нагрева .......................................55
Определение температуры нагрева	........................58
Скорость нагрева ...........................................  60
Как определить время нагрева..................................62
Дефекты нагрева и как избежать их	появления...................66
205
Обезуглероживание........................................66
Окалинообразование ..................................... 66
Коробление и трещины...................................  69
Перегрев и пережог....................................,69
Выбор охлаждающей среды и способа охлаждения при закалке ... 71
Глубокое охлаждение .........................................75
Практические приемы и способы закалки.......................	76
Дефекты закалки и их предупреждение..........................82
Коробление ............................................. 82
Изменение размеров ...................................   83
Трещины................................................. 83
Пониженная твердость ....................................84
Мягкие пятна ............................................85
Как обеспечить высококачественную цементацию.....................86
Цементация твердым карбюризатором............................87
Газовая цементация ......................................... 92
Дефекты цементации и их предупреждение.......................98
Цементация твердым карбюризатором .......................98
Газовая цементация ........................................ 100
Особенности технологии азотирования ........................... 102
Дефекты азотирования и их предупреждение....................108
Цианирование — прогрессивный технологический процесс............111
Жидкостное цианирование.....................................111
Газовое цианирование ...................................... 116
Дефекты цианирования и их предупреждение........................118
Жидкостное цианирование ....................................118
Газовое цианирование ....................................   118
Способы поверхностного упрочнения ..............................119
Закалка с нагревом токами высокой частоты...................119
Нагрев под закалку газокислородным пламенем.................123
Поверхностная закалка в электролите ....................... 125
Дробеструйный наклеп деталей................................127
Примеры термической обработки и совершенствования технологии . . 129
Молотовые штампы ........................................  .	129
Крупногабаритные детали.....................................134
Отливки . ..............................................134
Поковки................................................ 135
Термическая обработка с использованием тепла нагрева
под штамповку...............................................136
Светлая закалка ........................................... 136
Центробежная закалка колец .................................138
Высокопроизводительная закалка шайб ........................138
Усовершенствование технологии обработки пружин..............140
Термическая обработка пневматических зубил н пик............142
Объемно-душевая закалка звеньев гусеницы....................143
Термическая обработка режущего инструмента..................143
Углеродистые и низколегированные стали..................144
Быстрорежущая сталь ....................................146
Обработка паром ........................................151
Применение тока высокой частоты для нагрева при цементации . 152
Закалка с использованием цементационного нагрева .......... 153
Сульфоцианирование — новый технологический процесс..........154
Замена пескоструйной обработки другими способами очистки
деталей...................................................  155
Автоматизация и механизация процессов термической обработки . . . 158
Механизация подъема заслонок у окон печей...................159
Механизация загрузки н выгрузки деталей при термической
обработке ...................................... ...........	160
206
Механизация и автоматизация печей непрерывного действия . . . 164
Автоматическая печь «зигзаг»...........................  166
Механизированный агрегат непрерывного действия для газовой
Механизация н автоматизация при поверхностной закалке деталей
токами высокой частоты ......................................168
Полуавтоматическая установка для индукционной закалки
крупногабаритных деталей ............................168
Автоматизация закалки	коленчатых валов ..................170
Установка токов высокой частоты для нагрева шестерен
под закалку......................................    171
Автоматическая закалка	толкателей ..................172
Комплексная механизация процессов термической обработки и
автоматические поточные линии................................174
Механизированный закалочно-отпускной	агрегат	174
Поточная линия для термической обработки звена гусеницы
трактора ........................................... 176
Комплексная поточная линия для термической обработки
шестерен с нагревом токами	высокой частоты...............177
Поточная полуавтоматическая линия для светлой изотерми-
ческой закалки.......................................178
Контроль качества термической обработки.........................180
Определение марки стали ................................... 180
Механические испытания .....................................182
Испытание на растяжение.................................182.
Испытание на удар .......................................184
Определение твердости..................................  184
Что можно увидеть с помощью	микроскопа......................180
О чем говорят изломы......................................  191
Камневидный излом	...............................192
Крупнокристаллический	блестящий	излом....................193
Блестки в изломе ........................................193
Шиферный излом ..........................................194
Флокены .................................................194
Фарфоровидный излом	.............................  194
Нафталинистый излом	...............................195
Магнитные методы контроля............................. 	•  195
Контроль твердости	............................. .195
Обнаружение поверхностных	дефектов ......................196
Неустанно улучшать технологию	термической	обработки.............197
Литература......................................................200
Предметный указатель ......................................... 205-