Особенности термической обработки

Термическая обработка легированных сталей имеет свои осо­бенности, отличающие ее от термической обработки углероди­стых сталей.

Критические точки. Вследствие более низкого, чем у углерода, коэффициента диффузии легирующих элементов в кристалличес­кой решетке железа все процессы вторичной кристаллизации в легированных сталях происходят с меньшей скоростью, чем у уг­леродистых сталей. Для выравнивания скоростей вторичной крис­таллизации легированных сталей необходимо сблизить коэффи­циенты диффузии легирующих элементов и углерода. Это дости­гается повышением температуры обработки легированной стали. Значения температур критических точек А₁, А₃ и А_сm для легиро­ванных сталей на 30...50°С выше соответствующих температур для углеродистых сталей при одинаковом с ними содержании углерода.

Скорости нагрева и охлаждения. Все легированные стали менее теплопроводны по сравнению с углеродистыми сталями. Поэтому нагревать и охлаждать легированные стали следует с меньшей ско­ростью, чем углеродистые стали. В противном случае в легирован­ных сталях из-за неравномерного прогрева по сечению детали могут возникнуть внутренние напряжения. Если их величина превысит прочностные характеристики стали, то деталь подвергнется не­обратимому формоизменению: она может деформироваться или произойдет трещинообразование.

В процессе охлаждения при закалке легированной стали на термические напряжения, возникающие вследствие ее низкой теплопроводности, накладываются напряжения из-за изменения объема стали в результате образования мартенсита закалки. По­этому для более плавного охлаждения легированной стали в про­цессе закалки используют не воду, а другие среды с меньшей охлаждающей способностью, т.е. с меньшей теплоемкостью, наг пример, масло. Некоторые марки легированных сталей закалива­ются при охлаждении на воздухе. Введение легирующих элемен­тов уменьшает критическую скорость закалки стали. Использова­ние в качестве охлаждающих сред при закалке легированных ста­лей масла или воздуха обусловлено именно тем, что критическая скорость их закалки меньше скорости охлаждения стали в этих средах.

Влияние легирующих элементов на диаграмму изотермического превращения аустенита. Растворяясь в железе, легирующие эле­менты приводят к тому, что диаграмма изотермического превра­щения аустенита видоизменяется. Область перлитно­го превращения смещается вправо. Следовательно, критическая скорость закалки легированной стали, которую определяют как касательную к кривой начала перлитного превращения аустени­та, уменьшается. Значения критических точек М_н и М_к под влия­нием добавок легирующих элементов уменьшаются. Исключением является кобальт, введение которого в сталь не сказывается на положении М_н и М_к. Снижение критических точек М_н и М_к приво­дит к тому, что содержание остаточного аустенита в закаленной легированной стали больше, чем в углеродистой стали равного содержания углерода.

Влияние легирующих элементов на отпуск. Изменение твердо­сти закаленной легированной стали в процессе отпуска при тем­пературе приблизительно до 350 °С подчиняется тем же законо­мерностям, которые имеют место в случае отпуска углеродистых сталей. До 200 ⁰С твердость как углеродистых, так и легированных сталей изменяется несущественно, так как сталь сохраняет однофазную структуру: мартенсит закалки постепенно превращается в мартенсит отпуска. При более высоких температу­рах отпуска сталь приобретает двухфазную структуру, состоящую из феррита и цементита, который имеет зернистую форму. Эти двухфазные структуры классифицируют по величине зерен цемен­тита: мелкозернистая структура называется троститом отпуска, а крупнозернистая — сорбитом отпуска. Появление в структуре мяг­кого феррита приводит к резкому падению твердости как углеро­дистой, так и легированной стали.

В отличие от продолжающегося падения твердости углероди­стой стали при температуре отпуска свыше 350 °С твердость стали, легированной карбидообразующими элементами, начинает воз­растать. При температуре около 550 °С твердость легированной стали достигает максимального значения, в ряде случаев превосходя твердость закаленной стали до отпуска. При дальнейшем повыше­нии температуры отпуска твердость легированной стали вновь начинает уменьшаться.

Повышение твердости легированной стали в результате высо­кого отпуска называют вторичной твердостью.

Восходящую ветвь кривой вторичной твердости объясняют об­разованием дисперсных, т.е. очень мелких включений карбидов легирующих элементов — специальных карбидов (спецкарбидов). Имея размеры, сопоставимые с размерами дислокаций, частицы спецкарбидов тормозят продвижение дислокаций под воздействием внешнего усилия, т.е. упрочняют сталь. При температурах около 550 °С спецкарбиды начинают укрупняться путем слияния вклю­чений. Процесс укрупнения карбидов легирующих элементов на­зывают коагуляцией. Относительно крупные включения карбидов не являются препятствием на пути перемещения дислокаций под воздействием внешней нагрузки: дислокации их просто огибают, не тормозя своего движения, вследствие чего при температурах отпуска выше 550 °С сталь разупрочняется. Одним из проявлений процесса разупрочнения стали является падение ее твердости.

Дата добавления: 2014-01-07