Закалка сталей, режимы закалки

Констр-нные стали подвергают закалке и отпуску для повышения прочности и твердости, получения высокой пласт-ти, вязкости и высокой износостойкости, а инструме-ые – для повышения твердости и износостойкости.Верхний предел t нагрева для заэвтектоидных сталей огранич-ся, т.к приводит к росту зерна, что снижает прочность и сопротивление хрупкому разрушению. Основными парам-ми яв-ся t нагрева и скорость охлаждения. Продолж-ть нагрева зависит от нагревательного устройства. Закалки: полная, с t нагрева на 30…50 ^o С выше критической t А₃ Прим-ют для доэвтектоидных сталей. Изменения стр-ры: Неполная закалка доэвтектоидных сталей недопустима, т.к в стр-е остается мягкий Ф. Изменения стр-ры:

неполная с t нагрева на 30…50 ^o С выше критической t А₁ Прим-ся для заэвтектоидных сталей. Изменения стр-ры:

После охлаждения в стр-ре остается Ц2, кот-ый повышает твердость и износостойкость режущего инструмента. После полной закалки заэвтектоидных сталей получают дефектную стр-ру грубоигольчатого М. Заэвтектоидные стали перед закалкой обязательно подвергают отжигу – сфероидизации, чтобы Ц имел зернистую форму.

Охлаждение при закалке.

Режим охлаждения должен исключить возникновение больших закалочных напряжений. При высоких скоростях охлаждения при закалке возникают внутр напряжения, кот-ые могут привести к растрескиванию и короблению. Внутр напряжения, уравновешиваемые в пределах макроскопических частей тела, наз-я напряжениями I рода. Они ответственны за искажение формы (коробление) и образование трещин приТО. Причинами возникновения яв-ся:различие t по сечению при охлаждении;разновременное протекание фазовых превращений в разных участках изделия.Для предупреждения образ-ия трещин необходимо избегать растягивающих напряжений в пов-ных слоях изделия. На хар-р распределения напряж при закалке, влияет t нагрева под закалку. Перегрев содействует образ-ию трещин, увеличивает деф-ции.Режим охлаждения должен обеспечить необходимую глубину закаленного слоя.Охлажд среды: вода, тех-ие масла, р-ры солей и щелочей, расплавленные Ме. Вода имеет недостаток: высокая скорость охлаждения в интервале мартенситного превращения приводит к образ-ию закалочных дефектов. Для лег-ых сталей с высокой устойчивостьюА исп-ют минеральное масло (нефтяное). Обеспеч-ее небольшую скорость охлаждения в интервале t мартенситного превращения.. Недостатки: повышенная воспламеняемость, низкая охлажд-ая способ-ть в интервале t перлитного превращения, высокая стоимость.При выборе охлажд среды учитывают закаливаемость и прокаливаемость. Закал-ть – способ-ть стали приобретать высокую тв-ть при закалке. Опр-ся содержанием С. Стали сС< 0,20 % не закаливаются. Прок-ть – способ-ть получать закаленный слой с мартенситной и троосто-мартенситной стр-рой, обладающей высокой твердостью, на опр-ую глубину.Чем меньше крит-ая скорость закалки, тем выше прок-сть. Укрупнение зерен повышает ее.Характ-ой прокал-ти яв-ся критич-ий диаметр – макссечение, прокал-щееся в данном охладителе на глубину, = радиусу изделия.С введением в сталь лег-их эл-ов закаливаемость и прокаливаемость увеличиваются (особенно Мо и бор, Со – наоборот).

Способы закалки

1. Закалка в одном охладителе (V₁).Нагретую до нужной t деталь переносят в охладитель и полностью охлаждают. охлажд среда: вода – для крупных изделий из углеродистых сталей;

масло – для небольших деталей простой формы.Недостаток–закалочные напряжения.

2. Закалка в двух сферах или прерывистая (V₂).Нагретое изделие предварительно охлаждают в более резком охладителе (вода) до t ~ 300⁰C и затем переносят в более мягкий охладитель (масло).Прим-ся в основном для закалки инструментов.Недостаток: сложность опр-ия момента переноса изделия из одной среды в другую.3. Ступенчатая закалка (V₃).Нагретое до требуемой t изделие помещают в охлаждающую среду, t кот-ой на 30 – 50 ^o С выше точки М_Н и выдерживают в течении времени, необходимого для выравнивания t по всему сечению. Время изотермической выдержки не превышает периода устойчивости Aпри заданной t. Охлажд среда: расплавленные соли или Ме. После изотерм выдержки деталь охлаждают с невысокой скоростью.Способ используется для мелких и средних изделий.4. Изотерм-ая закалка (V₄). Отличается продолж-остью выдержки при t выше М_Н, в области промежуточного превращения. Изотерм-ая выдержка обеспечивает полное превращение переохлажденного А в бейнит(стр-ра, сост-ая из Ц и Ф). Образ-яся стр-ра характ-ся высокой прочностью, пласт-остью и вязкостью. Лхлажд среда: расплавленные соли и щелочи. Для лег-ых сталей.

5. Закалка с самоотпуском.Нагретые изделия помещают в охлажд.среду и выдерживают до неполного охлаждения. После извлечения изделия, его поверх-ые слои повторно нагрев-я за счет внутр теплоты до требуемой t, осущ-ся самоотпуск. Примен-ся для изделий, кот-ые должны сочетать высокую твердость на поверх-ти и высокую вязкость в сердцевине (инструменты ударного действия: молотки, зубила).

Отпуск и старение

Отпуск яв-ся окончат-ойТО. Цель: повышение вязкости и пласт-ти, снижение твердости и внутр напряжений. С повышением t нагрева прочность снижается, а пласт-ть и вязкость растут. Т отпуска выбирают, исходя из требуемой прочности.

Виды отпуска:1. Низкий отпуск с tнагрева Т_н = 150-300 ^o С. В рез-те частично снимаются закалочные напряж-я. Получают стр-ру – Moтпуска. Для инструм сталей; после цементации.2. Средний отпуск с t нагрева Т_н = 300-450^oС.

Получают троостит отпуска, сочетающую высокую твердость упругость и вязкостью. Для изделий типа пружин, рессор.3. Высокий отпуск с t нагрева Т_н = 450-650^oС. Получают стр-ру, сочетающую высокую твердость и повышенную ударную вязкость– сорбит отпуска. Исп-ся для деталей машин, испытывающих ударные нагрузки.Комплекс ТО, вкл-щий закалку и высокий отпуск, называется улучшением.

Отпускная хрупкость

С повышением t отпуска ударная вязкость увел-ся,  скорость охлаждения не влияет на св-ва. Но для нек-ых сталей набл-ся снижение ударной вязкости. Этот дефект называется отпускнойхрупкостью.Отпускная хрупкость I рода наблюд-я при отпуске в области t около 300^oС. Она не зависит от скорости охлаждения.

Это явление связано с неравномер-ю превращения отпущенного М. У границ наблюдается конц-ция напряжений, поэтому границы хрупкие.Отпускная хрупкость I рода “необратима“, т.е при повторных нагревах тех же деталей не наблюд-ся. Отпускная хрупкость II рода наблюд-я у лег-ых сталей при медленном охлаждении после отпуска в области 450-650 ^o С. При высоком отпуске по границам зерен происходит образ-ие и выделение дисперсных включений карбидов. Приграничная зона обедняется лег-ими элем-ми. При последующем медленном охлаждении происходит диффузия фосфора к границам зерна. Приграничные зоны обогащаются фосфором, снижаются прочность и ударная вязкость. Этому дефекту способ-ют Cr, Mn,P. Уменьшают склонность к отпускной хрупкости II рода Mo и W, быстрое охлаждение после отпуска. ОХ II рода “обратима“, т.е при повторных нагревах и медленном охлаждении тех же сталей дефект может повториться.Стали, склонные к отпускной хрупкости II рода, нельзя использовать для работы с нагревом до 650^oС без последующего быстрого охлаждения.Отпуск прим-ся к сплавам, кот-ые подвергнуты закалке с полиморфным превращением.

Старение

К материалам, подвергнутым закалке без полиморфного превращения, применяется старение. Закалка без полиморфного превращения – ТО, фиксирующая при более низкой t состояние, свойств-ое сплаву при более высоких t (пересыщенный тв.р-р). Старение – ТО, при кот-ой главным пр-ссом яв-ся распад пересыщенного тв.р-ра.В рез-те старения происходит изменение св-в закаленных сплавов. После старения увел-ся прочность и твердость, и уменьшается пласт-ть.В стареющих сплавах выделения из твердых растворов встречаются в следующих основных формах:тонкопластинчатой (дискообразной);равноосной (сферической или кубической);игольчатой.Основное назначение старения – повышение прочности и стабил-ция св-в. Естественным старением наз-я самопроизвольное повышение прочности и уменьшение пласт-ти закаленного сплава, происходящее в пр-ссе его выдержки при нормt.Нагрев сплава увеличивает подвижность атомов, что ускоряет пр-сс.Повышение прочности в пр-ссе выдержки при повышенных t наз-ся искусственным старением. Предел прочности, предел текучести и твердость сплава с увеличением продолж-и старения возрастают, достигают макс и затем снижаются (явление перестаривания).Если закаленный сплав, имеющий стр-ру пересыщенного тв.р-ра, подвергнуть пласт-й деф-ции, то также ускоряются пр-сы, протекающие при старении – это деформационное старение. Для практики значение имеет инкубационный период – время, в течение кот-ого в закаленном сплаве соверш-ся подготовительные пр-ссы, когда сохраняется высокая пласт-ть. Это позволяет проводить холодную деф-цию после закалки.Если при старении происходят только пр-ссы выделения, то явление называется дисперсионным твердением. После старения повышается прочность и снижается пласт-ть низкоуглеродистых сталей в рез-те дисперсных выделений в феррите цементита третичного и нитридов.Старение яв-ся основным способом упрочнения алюминиевых и медных сплавов, а также многих жаропрочных сплавов.