Основы термической обработки - Крупицкий В.А.
Скачать (прямая ссылка):
При термической обработке легированных сталей много ошибок происходит вследствие недооценки фактора времени в процессе нагрева стали. Для иллюстрации приведем характерные примеры из практики. Была произведена термическая обработка заготовок диаметром 25 мм из стали 35ХМА по следующему режиму: заготовки загружались в печь при температуре 850°, выдерживались там 25 мин., затем закаливались в масле и подвергались отпуску при температуре 600°. Механические испытания образцов указанных заготовок после термической обработки показали, что сталь имеет пониженные прочность и пластичность. При повторной термической обработке время выдержки при той же температуре было увеличено до 1 часа 20 мин., а в остальном режим был сохранен без
89
изменений. В результате повторной обработки образцов ударная вязкость стали повысилась на 65%, а предел прочности - на 17%.
Ошибка противоположного характера была допущена в другом случае. Образцы диаметром 22 мм из стали марки 2X13 подвергали закалке по такому режиму: их нагревали до температуры 1050°, выдерживали при этой температуре 1 час и охлаждали в масле. После закалки производился отпуск при температуре 650°. Механические испытания образцов после обработки показали, что сталь имеет пониженную ударную вязкость. Это объяснялось тем, что длительная выдержка стали при высокой температуре привела к росту зерна аустенита и образованию крупнозернистой структуры.
При повторной термической обработке режим нагрева был изменен: в течение 1 часа образцы выдерживались при температуре 900°, а затем на несколько минут переносились в среду с температурой 1050°. В результате термической обработки по такому режиму сталь получила нормальную ударную вязкость.
Третья особенность термической обработки легированной стали заключается в том, что охлаждение большинства из них от температур закалки производится в менее интенсивно охлаждающих закалочных средах. Структуру мартенсита у легированных сталей получают при охлаждении их в масле. При содержании в стали значительного количества некоторых легирующих элементов мартенсит получается даже и при охлаждении стали на воздухе.
Эта особенность является следствием того, что все легирующие элементы (за исключением кобальта) в той или иной мере повышают устойчивость аустенита и, следовательно, уменьшают критическую скорость закалки стали. Наибольшее влияние в этом направлении оказывают молибден, марганец, хром и никель, особенно при их совместном присутствии в стали. Сравнение диаграмм изотермического превращения аустенита легированной и углеродистой сталей (рис. 87) показывает, что линия начала изотермического превращения аустенита легированной стали сдвигается вправо. Этот сдвиг тем больше, чем выше степень легированности стали.
Сравнительно высокая устойчивость аустенита легированной стали объясняется тем, что атомы легирующих элементов, располагаясь в кристаллической решетке аустенита, мешают перегруппировке атомов и задерживают превращение аустенита в другие структуры при охлаждении. Возможность получения структуры мартенсита у легированной стали при замедленном ее охлаждении имеет важное практическое значение: уменьшаются внутренние напряжения при закалке, вследствие чего уменьшается опасность коробления изделия и появления на нем трещин. Поэтому изделия сложной формы, где вероятность образования трещин особенно велика, изготовляют из легированной стали.
а) б) в)
Рис. 87. Диаграммы изотермического превращения легированной и углеродистой сталей: а - углеродистая; б - малолегированная; в - высоколегированная.
Высокая устойчивость аустенита легированной стали оказывает весьма благоприятное влияние на ее прокаливаемость. Как известно, углеродистая сталь имеет большую критическую скорость закалки, которая даже при охлаждении стали в воде достигается лишь на глубине 5-10 мм. Скорость охлаждения более глубоких слоев ниже критической
90
скорости закалки, и, следовательно, эти слои не прокаливаются. В связи с меньшей критической скоростью закалки легированную сталь можно закаливать на большую глубину, чем углеродистую. У многих изделий, изготовленных из легированной стали, даже при охлаждении их в масле фактическая скорость охлаждения внутренних слоев превышает критическую скорость закалки. Поэтому массивные изделия, которые должны закаливаться насквозь или на большую глубину, следует изготовлять из легированной стали. Наиболее сильно увеличивают прокаливаемость стали хром, никель, молибден и марганец. В сталях, содержащих несколько легирующих элементов, присадка нового элемента сильно увеличивает степень прокаливаемости. Таково влияние никеля при добавке к сталям, содержащим хром; еще эффективнее действует вольфрам при введении его в хромоникелевую сталь. Например, у стали 40Х сквозная прокаливаемость достигается в сечениях диаметром до 35 мм, у стали 40ХН - до 75 мм, а у сложнолегированной стали 18ХНВА - до 100 мм. На рис. 88 схематично показана глубина закалки у четырех образцов одинакового сечения, изготовленных из стали различного химического состава.
