Пояснительная зависка по ГОСТ (1229826), страница 5
Текст из файла (страница 5)
Закалка заэвтектоидных сталей с температур, намного превышающих точку Ас1 , ведет к получению структуры крупноигольчатого мартенсита с повышенным количеством остаточного аустенита, так как при повышении температуры нагрева содержание углерода, растворенного в аустените, увеличивается за счет растворенного вторичного цементита, что приводит к снижению точек начала Мн и конца Мк мартенситного превращения. Наличие большого количества остаточного аустенита в закаленной стали ведет к снижению твердости, наличие крупного зерна - к снижению ударной вязкости и увеличению внутренних напряжений, которые могут вызвать появление трещин при закалке и так далее.
Чтобы при закалке получить как можно меньше внутренних напряжений, в зависимости от состава, формы и размеров детали применяются различные методы закалки (рисунок 2.13).
а – непрерывная; 6 – прерывистая;, в – ступенчатая: г – изотермическая
Рисунок 2.13 – Основные методы закалки стали
Непрерывная закалка (рисунок 2.13, а). Охлаждающей средой в этом случае могут быть вода, водные растворы солей, кислот, щелочей и масло. Охлаждающая среда должна обеспечить высокую скорость охлаждения в районе температур наименьшей устойчивости аустенита (500... 600°С) во избежание распада его на феррито-цементитную смесь и замедленное охлаждение в районе температур мартенситного превращения, чтобы предотвратить образование больших внутренних напряжений.
В качестве охлаждающей среды при закалке углеродистых сталей, содержащих углерода больше 0,3%, применяется вода. Углеродистые стали, содержащие углерода меньше 0,3%, почти не закаливаются, так как при охлаждении в любой среде нельзя получить скорость охлаждения больше критической. Только в малых сечениях деталей из малоуглеродистых сталей можно получить закаленную структуру.
Вода – охладитель, дающий самую высокую скорость охлаждения в районе наименьшей устойчивости аустенита, в этом ее преимущество. Но она так же быстро охлаждает в районе мартенситного, превращения, это приводит к появлению внутренних напряжений, что является недостатком.
Масло как охлаждающая среда применяется при закалке легированных сталей. Это связано с их пониженной теплопроводностью, что создает предпосылки для возникновения внутренние напряжений. Последние приводят к закалочным дефектам - трещинам и короблению. Масло в районе наименьшей устойчивости аустенита охлаждает примерно в 5... 7 раз медленнее чем вода, а в районе мартенситных превращений в 10... 15 раз медленнее чем вода. Это основное его преимущество. Оно позволяет избежать образования дефектов.
Таким образом, все применяемые реальные охлаждающие среды не могут полностью удовлетворить предъявляемым требованиям. Поэтому наряду с непрерывной закалкой применяются и другие способы.
Прерывистая закалка (рисунок 2.13, б). Изделие, нагретое при закалке, охлаждается со скоростью больше Vkr (обычно в воде) до температуры, лежащей несколько выше начала мартенситного превращения Мн . Затем изделие переносят в менее интенсивный охладитель (обычно масло или воздух), где выдерживают до полного охлаждения. В этом случае мартенситное превращение протекает в условиях замедленного охлаждения, поэтому успевает произойти частичное перераспределение структурных напряжений, что способствует снижению закалочных деформаций (коробления). Закалка прерывистая применяется для инструмента из высокоуглеродистой стали.
Ступенчатая закалка (рисунок 2.13, в). Изделие, нагретое как обычно при закалке, быстро переносят в среду, температура которой несколько выше (на 50... 100°С) точки Mн где и выдерживают некоторое время. После изотермической выдержки изделие охлаждают в масле или на воздухе до комнатной температуры. Время выдержки в ванне должно обеспечить выравнивание температуры по всему сечению изделия, но не должно превышать времени начала распада аустенита на феррито-цементитную смесь. Этот метод закалки применяется для деталей сложной формы из легированных сталей и для деталей небольших сечений (8... 10 мм) из углеродистой стали.
Изотермическая закалка (рисунок 2.13, г) производится также, как и ступенчатая, только время выдержки в изотермической ванне должно обеспечить распад аустенита на бейнит. После распада аустенита детали можно охлаждать с любой скоростью (обычно на воздухе). Твердость стали после изотермической закалки будет несколько ниже, чем при других способах закалки, но выше будут пластичность и ударная вязкость.
Закалка с самоотпуском. Изделие, нагретое как обычно при закалке, погружают в закалочную среду, но охлаждение при этом ведут не до конца. Самоотпуск будет осуществляться за счет тепла внутренних слоев или за счет тепла той части детали, которая не была погружена в закалочную среду. Закалка с самоотпуском применяется для зубил, кувалд, слесарных молотков и другого инструмента, который должен сочетать высокую твердость на поверхности с вязкой и прочной сердцевиной.
Сталь, закаленная на мартенсит, находится в сильно напряженном состоянии и обладает высокой твердостью и хрупкостью, что делает ее непригодной для практического использования. Для получения требуемых свойств и снижения внутренних напряжений после закалки применяется отпуск стали.
Отпуск стали - нагрев закаленной стали до температур, лежащих ниже критической точки А1 выдержка при данной температуре и последующее охлаждение. Структура стали после закалки состоит из мартенсита и остаточного аустенита. Обе структурные составляющие неустойчивы, а потому при нагреве стремятся перейти в более устойчивое состояние, то есть в структуру феррито-цементитной смеси. Превращения при отпуске связаны с процессом распада твердых растворов мартенсита и остаточного аустенита. Первое превращение при отпуске заключается в превращении мартенсита закалки (тетрагонального) в отпущенный мартенсит в интервале температур 80... 200°С. Оно связано с уменьшением объема мартенсита за счет выделения углерода из мартенсита в виде карбидных частиц (ε-карбида), когерентно связанных с твердым раствором. Второе превращение заключается в распаде остаточного аустенита. К концу второго превращения то есть при температуре около 300°С, в мартенсите отпуска содержится еще около 0,15... 0,20% С. Третье превращение протекает в интервале температур 300... 400°С и заключается в окончательном распаде мартенсита отпуска на феррито-цементитную смесь большой степени дисперсности, называемую трооститом. При этих температурах обеспечивается уже диффузионное перераспределение углерода. Этот процесс протекает путем все большего выделения углерода из мартенсита и перехода ε-карбида в цементит. Образующийся троостит имеет пластинчатое строение феррито – цементитной смеси, различаемое только в электронном микроскопе. Полное выделение углерода из мартенсита способствует снятию внутренних напряжений. Четвертое превращение при отпуске связано с коагуляцией цементитных частиц и укрупнением блоков мозаичной структуры феррита. Тонкопластинчатое строение феррито-цементитной смеси сохраняется до температур 350... 450°С. При дальнейшем нагреве наряду с процессом укрупнения карбидных частиц идет процесс сфероидизации (округления) карбидных частичек. Этот процесс (укрупнение карбидных частичек и их сфероидизация) называется коагуляцией. Процесс коагуляции объясняется стремлением системы к уменьшению свободной энергии.
При температурах 500... 600°С структура феррито-цементитной смеси имеет зернистое строение средней степени дисперсности, которая называется сорбитом.
В зависимости от свойств, получаемых после отпуска, различают три вида отпуска: низкий, средний и высокий.
Низкий отпуск – нагрев закаленной стали до 150... 200°С. Время выдержки при этом рекомендуется 2-3 ч. Выдержка должна обеспечить получение стабильной структуры для данной температуры отпуска - мартенсита отпуска. Низкий отпуск назначается для частичного снятия внутренних напряжений, повышения вязкости и пластичности стали без заметного снижения твердости. Этому виду отпуска подвергают мерительный и режущий инструмент, детали, прошедшие цементацию, поверхностную закалку и так далее.
Средний отпуск – нагрев закаленной стали до 300... 400°С. Время выдержки рекомендуется 1-2 ч. После среднего отпуска получают структуру троостита отпуска. При этих температурах наблюдается повышение упругих свойств стали и некоторое снижение твердости, прочности и ударной вязкости. Данному виду отпуска подвергаются только те детали, которым требуются высокие упругие свойства (рессоры и пружины).
Высокий отпуск – напрев закаленной стали до 500... 600°С. Время выдержки 0,5-1 ч. Структура после высокого отпуска представляет собой сорбит отпуска. Высокий отпуск обеспечивает более полное снятие внутренних напряжений и дает наилучшее сочетание прочности, пластичности и ударной вязкости.
Закалка и высокий отпуск называются термическим улучшением стали. Улучшению подвергаются ответственные детали машин, испытывающие в эксплуатации статические, ударные и знакопеременные нагрузки. Легирующие элементы оказывают существенное влияние на превращения при отпуске. Первое превращение при отпуске (превращение мартенсита закалки в мартенсит отпуска) задерживают W, Ti, Cr, Мо, V, В и Si. Они способствуют сохранению структуры мартенсита отпуска вплоть до 450... 600°С, Большинство легирующих элементов, особенно Сг, Мn и Si, сильно задерживают второе превращение при отпуске, повышают температурный интервал превращения остаточного аустенита. Меньшее влияние оказывают Ni, Мо, V, Си, а Со и AI практически не оказывают влияния на второе превращение. Легирующие элементы также затрудняют распад мартенсита отпуска на феррито-цементитную смесь, повышая температурный интервал третьего превращения при отпуске.
При отпуске легированной стали может возникнуть два вида отпускной хрупкости: отпускная хрупкость первого рода (необратимая) и отпускная хрупкость второго рода (обратимая). Отпускная хрупкость первого рода свойственна как легированным, так и углеродистым сталям. Она лежит в районе температур среднего отпуска 250... 400°С (рисунок 2.14). Отпускная хрупкость второго рода свойственна только легированным сталям, содержащим повышенное количество карбидообразующих элементов (Сг,Мn). При наличии Ni влияние Сг на чувствительность стали к отпускной хрупкости второго рода усиливается. Отпускная хрупкость второго рода лежит в районе температур высокого отпуска (500... 650°С) и проявляется только при медленном охлаждении стали с этих температур. Она может быть устранена при повторном нагреве до тех же температур и последующем быстром охлаждении. Введение в сталь 0,2... 0,3% Мо или 0,5... 0,6% W уменьшает склонность стали к отпускной хрупкости второго рода.
Рисунок 2.14 – Влияние температуры отпуска на твердость и ударную вязкость легированной и углеродистой стали с одним и тем же содержанием углерода
Отпуск быстрорежущей стали обладает некоторыми особенностями. Из анализа процессов, совершающихся при отпуске быстрорежущей стали, видно, что выделение из твердого раствора мелкодисперсных карбидов совершается в период нагрева, а превращение остаточного аустенита в мартенсит - в период охлаждения. Поэтому для наиболее полного превращения остаточного аустенита в мартенсит применяют многократный отпуск быстрорежущей стали. В результате проведения отпуска твердость быстрорежущей стали становится на 3-4 единицы HRC выше твердости закаленной (неотпущенной) стали. Явление повышения твердости при отпуске стали носит название вторичной твердости. При правильно проведенном отпуске закаленной быстрорежущей стали аустенитно-мартенситная структура исчезает и переходит в равномерный мелкоигольчатый мартенсит с включениями мелких вторичных карбидов. При недостаточном количестве отпусков или пониженной температуре нагрева в структуре отпуска сохраняются границы аустенитно-мартенситных зерен и на фоне мелкоигольчатого мартенсита остаются светлые участки остаточного аустенита. Инструмент с такой структурой следует снова отпустить и добиться получения структуры сплошного мелкоигольчатого (массивного) мартенсита. При слишком высокой температуре отпуска структура переходит в сорбит отпуска, твердость понижается, что называют переотпуском стали. Переотпущенный инструмент можно исправить только путем отжига и вторичной закалки с последующим правильным отпуском.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
