Основы термической обработки - Крупицкий В.А.
Скачать (прямая ссылка):
87
прочность феррита, так как известно, что между твердостью и прочностью существует прямая зависимость. Из этого рисунка мы видим, что сильное влияние на прочность и твердость феррита оказывают марганец, кремний и никель. Наиболее ценным из трех указанных элементов является никель, который, упрочняя феррит одновременно несколько повышает и его вязкость.
86. Влияние легирующих элементов на твердость (а) и вязкость (б) феррита.
При содержании в стали более 1% марганца наряду с увеличением твердости и прочности металла имеет место значительное снижение его ударной вязкости. Примерно в таком же направлении влияет на сталь и кремний. Поэтому в конструкционных сталях, где требуется высокая вязкость, содержание кремния и марганца не превышает 1%, а содержание никеля достигает 3 - 4%.
Изменение свойств стали в результате ее легирования определяется количеством введенных в сталь легирующих элементов и характером их распределении между структурными составляющими. В конструкционных сталях легирующие элементы растворены в феррите, а в инструментальных сталях они в основном находятся в цементите или в виде специальных карбидов. Наиболее полное использование свойств легирующих элементов достигается лишь в результате термической обработки легированных сталей.
ОСОБЕННОСТИ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ЛЕГИРОВАННОЙ СТАЛИ.
Присутствие в стали легирующих элементов оказывает существенное влияние на превращения, протекающие в ней при нагреве и охлаждении. Поэтому термическая обработка легированной стали имеет ряд важных особенностей.
Первая особенность состоит в том, что температуры нагрева легированных сталей при термической обработке иные, чем углеродистых, содержащих то же количество углерода.
Это объясняется тем, что легирующие элементы смещают в ту или иную сторону критические температуры Aci и Асз которые для углеродистой стали определяются по диаграмме состояния железоуглеродистых сплавов. Большинство легирующих элементов тормозит превращение перлита в аустенит, т. е. повышает критическую температуру Ась Наиболее сильно повышают Aci титан, молибден, вольфрам, кремний и ванадий. Например, при содержании в стали 8% вольфрама Aci повышается до 1000°, а у стали, содержащей 1% титана, Aci достигает 1100°. Как известно, у углеродистой стали Aci равно 723°. Хром также повышает Ас\, но менее интенсивно. Марганец и никель понижают критическую температуру Ась Аналогичное влияние оказывают легирующие элементы и на критическую температуру Ас3. Таким образом, температура нагрева при термической обработке вольфрамистых, хромистых и других сталей должна быть выше температуры, установленной для углеродистых сталей с тем же содержанием углерода, а никелевых и марганцевых,
88
наоборот, - ниже. При совместном присутствии в стали двух или более легирующих элементов влияние их более сложно и не может быть определено простым сложением или вычитанием воздействия отдельных элементов на критическую температуру. Температуры закалки наиболее часто применяемых конструкционных и инструментальных легированных сталей приведены в табл. 13.
Таблица 13. Температуры закалки конструкционной и инструментальной легированных сталей.
Конструкционные стали Инструментальные стали
Марка стали Температура (в °) Марка стали Температура (в °)
30Х, 35Х, 38ХА, 40ХР 860 хгс 820 - 860
40Х, 40ХГР 850 9ХС 845 - 865
45Х 840 X, ХГ 830-850
25ХГС, 30ХГС, 35ХГС 880 ХВГ 825 - 845
30ХМ, 40ХС 880 ХВ5 820 - 860
40ХН, 30XH3A 820 7X3 850-880
40ХНМА, 40ХНВА, 35XH3B 850 8X3 850-880
35ЮА, 38ХМЮА 940 9Х 820 - 850
Вторая особенность термической обработки легированных сталей состоит в том, что нагрев их должен производиться более медленно, а выдержка при температурах нагрева должна быть более длительной по сравнению с углеродистой сталью. Более медленный нагрев легированных сталей необходим потому, что они проводят тепло хуже, чем углеродистые стали. Так, например, при содержании в стали 1 % кремния теплопроводность ее понижается почти вдвое; 1% хрома - на 35%; 1% марганца - на 30%; 1% никеля - примерно на 20%. Теплопроводность стали 35ХМ почти в 2 раза хуже, чем стали 35, а сталь 1X13, содержащая
0,1% углерода и 13% хрома, проводит тепло в 4 раза хуже, чем углеродистая сталь марки 10. Это обстоятельство имеет особенно большое значение при термической обработке массивных изделий, так как вследствие низкой теплопроводности стали образуется большая разность температур в различных слоях изделия, что приводит к возникновению значительных внутренних напряжений. Медленный нагрев способствует выравниванию температуры наружных и внутренних слоев, благодаря чему уменьшаются вредные внутренние напряжения.
С этой же целью изделия из легированной стали подвергают ступенчатому нагреву, т. е. нагревают до какой-нибудь промежуточной температуры, чаще всего до 500 - 600°, выдерживают при этой температуре в течение нескольких часов для выравнивания температуры по всему сечению изделий, а затем продолжают дальнейший нагрев до требуемой температуры. Длительная выдержка легированных сталей при температуре нагрева связана с тем, что легирующие элементы усиливают неоднородность аустенита. Поэтому требуется больше времени для того, чтобы успели произойти процессы диффузии, необходимые для получения однородного аустенита. Продолжительность выдержки при температуре нагрева легированной стали должна быть увеличена на 25 - 40% по сравнению с углеродистой сталью. При температурах нагрева, значительно превышающих Асз время выдержки следует ограничивать во избежание роста зерна стали.
