Закалка стали

Отжиг заэвтектоидной стали.

Для заэвтектоидной стали применяют неполный отжиг и нормализацию.

Неполный отжиг. Заэвтектоидные стали подвергают неполному отжигу, так как полный отжиг приводит к появлению цементитной сетки по границам зерен пластинчатого перлита, что приводит к резкому снижению пластичности стали. Неполный отжиг, то есть нагрев стали выше температуры Ас₁ на 30-50 град – основной способ получения структуры зернистого перлита. Неполный отжиг заэвтектоидных сталей называют также сфероидизацией. Такой отжиг осуществляют маятниковым способом (температуру несколько раз изменяют вблизи линии PSK, то перегревая выше нее на 30-50°С, то охлаждая ниже на 30-50°С) или путем длительной выдержки (5-6 часов) при температуре несколько выше линии PSK и последующего медленного охлаждения. После такого отжига цементит, обычно присутствующий в структуре в виде пластин, приобретает зернистую форму. Сталь со структурой зернистого перлита обладает большей пластичностью, меньшей твердостью и прочностью по сравнению с пластинчатым перлитом. Отжиг на зернистый перлит применяется для подготовки сталей к закалке или для улучшения их обрабатываемости резанием. Структурой зернистого перлита должны обладать инструментальные стали.

Нормализация состоит из нагрева стали на 30-50°С выше линии SE диаграммы Fe-Fe₃C (рис.27), выдержки при этой температуре и последующего охлаждения на воздухе. Более быстрое охлаждение по сравнению с обычным отжигом приводит к более мелкозернистой структуре и удалению сетки цементита вторичного, который может образовываться в стали при медленном охлаждении. С этой целью нормализацию применяют, например, после цементации.

Закалка – это термическая операция, которая заключается в нагреве сплава до температуры выше критических точек и охлаждении с высокой скоростью. В зависимости от того происходит ли в сплаве полиморфное превращение, цель закалки различна. Если в сплаве не протекает полиморфного превращения, закалкой можно зафиксировать при комнатной температуре высокотемпературное структурное состояние. Если в сплаве протекает полиморфное превращение, что происходит, например, в углеродистой стали, закалку применяют для получения другой структуры – мартенсита.

Рис. 29 Температурный интервал нагрева под закалку

Закалка углеродистой стали – это термическая операция, которая заключается в нагреве стали выше температуры фазового превращения, выдержке при этой температуре и охлаждении с высокой скоростью, выше некоторой критической.

Критическая скорость охлаждения – это минимальная скорость, охлаждая с которой в стали не происходит диффузионного распада аустенита с образованием структур перлитного типа, таких как перлит, сорбит, тростит, а также бейнит. При охлаждении со скоростью выше критической в стали происходит бездиффузионное (сдвиговое) превращение. Образовавшаяся в результате такого превращения структура названа в честь ученого-металлурга Мартенса - мартенсит.

Мартенсит - это пересыщенный твердый раствор углерода в феррите. Это неравновесная (метастабильная) структура, которая характеризуется максимальной твердостью и прочностью, но пластичность при этом практически равна нулю.

Закалку сталей подразделяют на объемную и поверхностную.

Объемная закалка направлена на получение максимально неравновесной структуры по всему объему детали. В зависимости от температуры нагрева закалку подразделяют на полную и неполную (рис.29). Для доэвтектоидной стали обычно применяют полную закалку с нагревом выше точки А₃ (Ас₃ + 0 – 50^оС). А для заэвтектоидной – неполную с нагревом выше точки А₁ (Ас₁ + 30 – 50^оС).

Нагрев > Ас₃ на (30 – 50^оС) при полной закалке позволяет получить мелкозернистый аустенит и, соответственно, после охлаждения – мелкокристаллический мартенсит (рис.30).

Нагрев > Ас₁ на (30 – 50^оС) при неполной закалке приводит к сохранению в структуре кристаллов доэвтектоидного феррита, что снижает твердость и прочность стали.

Рис. 30 Схема структурных превращений в доэвтектоидной стали при закалке

Рис.31 Схема структурных превращений в заэвтектоидной стали при закалке

Нагрев заэвтектоидной стали > Ас₁ на (30 – 50^оС) при неполной закалке приводит к образованию структуры мартенситас включениями вторичного цементита. Кристаллы цементита тверже кристаллов мартенсита, поэтому твердость стали выше, чем при полной закалке (рис.31).

Заэвтектоидные стали предварительно подвергают сфероидезации, поэтому избыточный Fe₃C_II округлой формы не вызывает снижения вязкости.

Нагрев > Аcm при полной закалке приводит к укрупнению зерна аустенита, а в результате быстрого охлаждения - к образованию крупно игольчатого мартенсита с повышенным количеством остаточного аустенита. В этом случае твердость и прочность стали будут ниже, чем при неполной закалке.

Для получения мартенситной структуры необходимо переохладить аустенит до М_н, следовательно скорость охлаждения должна превышать критическую скорость закалки V_кр

Для углеродистых сталей необходимо очень резкое охлаждение (≈ 1000 ^оС/сек), поэтому в качестве охлаждающей среды используют холодную воду или воду с добавлением соли или едкого натра.

Многие легированные стали приобретают мартенситную структуру при охлаждении в холодных или подогретых маслах (≈ 100 ^оС/сек), а высоколегированные – на воздухе(≈ 10^оС/сек).

Дата добавления: 2014-11-29