Закалка и отпуск стали.

Целью
закалки и отпуска стали является
повышение твердости и прочности. Закалка
и отпуск стали необходимы для очень
многих деталей и изделий. Закалка
основана на перекристаллизации при
нагреве и предотвращении перехода
аустенита в перлит путем быстрого
охлаждения. Закаленная сталь имеет
неравновесную структуру мартенсита,
троостита или сорбита.

Чаще
всего сталь резко охлаждают на мартенсит.
Для смягчения действия закалки сталь
отпускают, нагревая до температуры ниже
точки А1. При отпуске структура стали
из мартенсита закалки переходит мартенсит
отпуска, троостит отпуска, сорбит
отпуска.

Закалка
стали. Температура нагрева стали при
закалке та же, что и при полном отжиге:
для доэвтектоидной стали на 30—50 °С выше
точки Ас3, для заэвтектоидной — на 30—50°
выше точки Aс1. При нагреве доэвтектоидной
стали до температуры между точками Ас1
и Ac3 (неполная закалка) в структуре быстро
охлажденной стали наряду с закаленными
участками будет присутствовать
нерастворенный при нагреве (в аустените)
феррит, резко снижающий твердость и
прочность. Поэтому для доэвтектоидной
стали обязательна полная закалка с
нагревом выше точки Ас3.

В
заэвтектоидной стали избыточной фазой
является цементит, который по твердости
не уступает мартенситу и даже превосходит
его, поэтому сталь достаточно нагреть
на 30—50 °С выше точки Ас1.

Нагревать
заготовки, особенно крупные, нужно
постепенно во избежание местных
напряжений и трещин, а время выдержки
нагретых заготовок должно быть
достаточным, чтобы переход в структуру
аустенита полностью завершился.

Скорость
охлаждения заготовок при закалке должна
быть такой, чтобы получить заданную
структуру. Критическая скорость закалки
изменяется в широких пределах в
зависимости от наличия легирующих
компонентов в стали. Для простых сплавов
железо—углерод эта скорость очень
высока. Присутствие в стали кремния и
марганца облегчает закалку на мартенсит,
так как для такой стали С-образные кривые
на диаграмме изотермического превращения
аустенита будут сдвинуты вправо и
критическая скорость закалки понижается.

Наиболее
распространено охлаждение заготовок
погружением их в воду, в щелочные растворы
воды, в масло, расплавленные соли и т.
д. При этом сталь закаливается на
мартенсит или на бейнит.

При
закалке применяют различные способы
охлаждения в зависимости от марки стали,
формы и размеров заготовки.

Простую
закалку в одном охладителе (чаще всего
в воде или водных растворах) выполняют,
погружая в него заготовки до полного
охлаждения. На рис. 2 режим охлаждения
при такой закалке характеризует кривая
1.

Для
получения наибольшей глубины закаленного
слоя применяют охлаждение при интенсивном
обрызгивании.

Прерывистой
закалкой называют такую, при которой
заготовку охлаждают последовательно
в двух средах: первая среда — охлаждающая
жидкость (обычно вода), вторая — воздух
или масло (см. кривую 2 на рис. 2). Резкость
такой закалки меньше, чем предыдущей.
Рис. 2.

При
ступенчатой закалке заготовку быстро
погружают в соляной расплав и охлаждают
до температуры несколько выше Мн.
Выдержка обеспечивает выравнивание
температуры от поверхности к сердцевине
заготовки, что уменьшает напряжения,
возникающие при мартенситном превращении;
затем заготовку охлаждают на воздухе
(кривая 3 на рис. 2).

Изотермическая
закалка (закалка в горячих средах)
основана на изотермическом распадении
аустенита. Охлаждение ведется до
температуры несколько выше начала
мартенситного превращения (200—300 °С) в
зависимости от марки стали. В качестве
охладителя используют соленые расплавы
или масло, нагретое до 200—250 °С. При
температуре горячей ванны заготовка
выдерживается продолжительное время,
пока пройдет инкубационный период и
период превращения аустенита (кривая
4 на рис. 2). В результате получается
структура бейнита, по твердости близкая
к мартенситу, но более вязкая и пластичная.
Последующее охлаждение производится
на воздухе.

При
изотермической закалке вначале требуется
быстрое охлаждение со скоростью не
менее критической, чтобы избежать
распадения аустенита. Следовательно,
по этому методу можно закаливать лишь
небольшие (диаметром примерно до 8 мм)
заготовки из углеродистой стали, так
как массивные заготовки не удается
быстро охладить. Это не относится однако
к легированным сталям, большинство
марок которых имеют значительно меньшие
критические скорости закалки. Большим
преимуществом изотермической закалки
является возможность рихтовки (выправления
искривлений) заготовок во время
инкубационного периода превращения
аустенита (который длится несколько
минут), когда сталь еще пластична.

Закалка
при помощи газовой горелки.
Кислородно-ацетиленовое пламя газовой
горелки с температурой около 3200 °С
направляется на поверхность закаливаемой
заготовки и быстро нагревает ее
поверхностный слой до температуры выше
критической. Вслед за горелкой перемещается
трубка, из которой на поверхность
заготовки направляется струя воды,
закаливая нагретый слой. Этот способ
применяется для изделий с большой
поверхностью (например, для прокатных
валков, зубьев больших шестерен и т.
д.).

Закалка
токами высокой частоты по методу В. П.
Вологдина нашла очень широкое применение
в промышленности, так как отличается
высокой производительностью, легко
поддается автоматизации.

Обработка
холодом. Этот метод применяется для
повышения твердости стали путем перевода
остаточного аустенита закаленной стали
в мартенсит. Холодом обрабатывают
углеродистую сталь, содержащую больше
0,5 % С, у которой температура конца
мартен-ситного превращения находится
ниже 00 С, а также легированную сталь
(например, быстрорежущую).

Отпуск
стали. Отпуск смягчает действие закалки,
снимает или уменьшает остаточные
напряжения, повышает вязкость, уменьшает
твердость и хрупкость стали. Отпуск
производится путем нагрева заготовок
до температуры ниже критической; при
этом в зависимости от температуры могут
быть получены структуры мартенсита,
троостита или сорбита отпуска.

При
низком отпуске (нагрев до температуры
150—200 °С) в структуре стали в основном
остается мартенсит, который однако
имеет другую решетку, как сказано выше.
Кроме того, начинается выделение карбидов
железа из пересыщенного твердого
раствора углерода в -железе и начальное
скопление их небольшими группами. Это
влечет за собой некоторое уменьшение
твердости и увеличение вязкости стали,
а также уменьшение внутренних напряжений
в заготовках. Для низкого отпуска,
заготовки выдерживают в течение
определенного времени обычно в масляных
или солевых ваннах. Если для низкого
отпуска заготовки нагревают в атмосфере
воздуха, то для контроля температуры
часто пользуются цветами побежалости,
появляющимися на зачищенной поверхности
заготовки. Появление этих цветов связано
с интерференцией белого цвета в пленках
оксида железа, возникающих на поверхности
заготовки при ее нагреве. Для углеродистой
стали в интервале температур от 220 до
330 °С в зависимости от толщины пленки
цвет изменяется от светло-желтого до
серого. Для легированной стали
соответствующие температуры выше.
Низкий отпуск применяют для режущего
инструмента из углеродистых и легированных
сталей, измерительного инструмента,
цементированных заготовок, а также
других изделий, работающих в условиях
трения на износ.

При
среднем (нагрев в пределах 300—500 °С) и
высоком (500—700 °С) отпуске структура
мартенсита переходит соответственно
в структуру троостита или сорбита. Чем
выше температура отпуска, тем меньше
твердость отпущенной стали и тем больше
ее вязкость. При высоком отпуске сталь
получает наилучшее сочетание механических
свойств: повышенные прочность, вязкость
и пластичность; поэтому закалку на
мартенсит с последующим высоким отпуском
называют улучшением стали. Средний
отпуск применяют при производстве
кузнечных штампов, пружин, рессор, а
высокий—для многих деталей, подверженных
действию высоких напряжений (например,
осей автомобилей, шатунов двигателей).

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

81 + = 87