Особенности закалки сталей

В большинстве случаев при закалке желательно получить структуру наивысшей твёрдости, т.е. мартенсит, при последующем отпуске которого можно понизить твёрдость и повысить пластичность стали.

Рис. 4.26. Оптимальные температуры нагрева под закалку для сталей:

а – доэвтектоидных, заэвтектоидных; б – высоколегированных ледебуритных

Доэвтектоидные стали, как правило, подвергают полной закалке, при этом оптимальной температурой нагрева является температура Ас3 + (30–50°С). Такая температура обеспечивает получение при нагреве мелкозернистого аустенита и соответственно после охлаждения – мелкокристаллического мартенсита. Недогрев до температуры Ас3 приводит к сохранению в структуре кристаллов доэвтектоидного феррита, что при некотором уменьшении прочности обеспечивает повышенную пластичность закаленной стали (рис. 4.26).

Заэвтектоидные стали подвергают неполной закалке. Оптимальная температура нагрева углеродистых и низколегированных сталей – температура Ас1 + (30–50 °С).

После закалки заэвтектоидная сталь приобретает структуру, состоящую из мартенсита и цементита. Кристаллы цементита твёрже кристаллов мартенсита, поэтому при неполной закалке заэвтектоидные стали имеют более высокую твёрдость, чем при полной закалке. Высоколегированные инструментальные стали ледебуритного класса (рис. 4.26) для повышения теплостойкости нагревают при закалке до очень высоких температур (область 1), близких к эвтектической. При этом происходит распад всех вторичных карбидов, аустенит обогащается не только углеродом, но и легирующими элементами, содержащимися в карбидах. В результате получается высоколегированный, а следовательно, и теплостойкий мартенсит.

Для получения мартенситной структуры необходимо переохладить аустенит до температуры мартенситного превращения, следовательно, скорость охлаждения должна превышать критическую скорость υ_кр .

Продолжительность нагрева. Скорость нагрева и время выдержки при температуре нагрева для закалки зависят от химического состава стали и размеров обрабатываемых деталей. Чем больше размеры и сложнее конфигурация закаливаемых деталей или инструмента, тем медленнее происходит нагрев. Чем больше в стали углерода, легирующих элементов, тем менее она теплопроводна. Нагревают детали из высокоуглеродистых и легированных сталей медленно, равномерно и с повышенной выдержкой нагрева. Величина напряжений должна быть всегда ниже допустимой величины, в противном случае в изделии при нагреве могут образоваться трещины. Выдержка при термической обработке необходима для того, чтобы изделия полностью прогрелись после достижения заданной температуры и произошли структурные превращения в металле. Время выдержки зависит в основном от структуры металла и примерно равно 1 мин для углеродистых сталей и 1,5–2,0 мин для сталей легированных на 1 мм диаметра.

Время нагрева определяют для каждого вида деталей или инструмента (табл. 4.12).

Таблица 4.12

Среднее время нагрева деталей из углеродистых сталей под закалку в различных средах

Для охлаждения стальных деталей при закалке в качестве закалочных сред применяют воду, водные растворы солей, расплавленные соли и минеральные масла.

Закалочные среды с разной интенсивностью отводят тепло от нагретых под закалку деталей. При выборе закалочной среды учитывают химический состав стали и степень допустимой деформации. Единой универсальной среды для закалки стали не имеется, поэтому пользуются различными средами (табл. 4.13).

Таблица 4.13

Скорость охлаждения стали в зависимости от закалочных сред

Закаливаемость и прокаливаемость. Это важнейшие характеристики сталей. Закаливаемость определяется твёрдостью поверхности закаленной детали и зависит главным образом от содержания углерода в стали. При закалке различных деталей поверхность их, как правило, охлаждается со скоростью, большей υ_кр, следовательно, на поверхности образуется мартенсит, обладающий высокой твёрдостью.

Если скорость охлаждения сердцевины при закалке будет меньше υ_кр, то деталь не прокалится насквозь, т.е. там не образуется мартенсит. Прокаливаемостью называют способность стали закаливаться на определённую глубину. При оценке прокаливаемости з акаленным считается слой, в котором содержится не менее 50 % мартенсита (полумартенситная зона). Установлено, что легирование стали любыми элементами, кроме кобальта, увеличивает прокаливаемость, т.к. при этом повышается устойчивость переохлаждённого аустенита.

Дата добавления: 2014-01-03