2014-02-24
5206
В начале темы 2.3 отмечалось, что существенным недостатком углероди-стых сталей является их пониженная прокаливаемость. Напомним, прокали-ваемость – это способность стали приобретать мартенситную структуру на определенную глубину при закалке в данном охладителе.
Величину прокаливаемости обычно оценивают критическим диа-метром (Dкр) – максимальным диаметром образца, приобретающим мартен-ситную структуру по всему сечению при закалке в данном охладителе.
Поскольку основное требование закалки на мартенсит (см. раздел 2.2.1) Vохл ³ Vкр, то прокаливаемость зависит от соотношения скорости охлажде-ния Vохл и критической скорости закалки Vкр, величина которой определя-ется химическим составом стали.
Очевидно, что скорость охлаждения образца (изделия) уменьшается от поверхности к сердцевине (рис. 2.3.4).
Vохл
Рис. 2.3.4. Распределение скорости охлаждения (Vохл)по се-чению образца при закалке (заштрихована закаленная зона с мартенситной структурой)
Если в сердцевине образца Vохл < Vкр, это приводит к несквозной закалке. При несквозной прокаливаемости в поверхностном слое образуется мартенсит, в сердцевине (где Vохл < Vкр) пластинчатые структуры перлитного типа (напри-мер, сорбит закалки).В результате возникает неоднородность механических свойств по сечению детали, которая сохраняется и после отпуска. Например, после высокого отпуска в поверхностном слое получится сорбит отпуска ("зер-нистый сорбит"), а структура сердцевины не изменится и будет иметь пони-
|
|
|
-
женные механические свойства (о чем говорилось в конце темы 2.2.2). Напри-мер, ударная вязкость улучшенной (закалка + высокий отпуск) стали 45 с диа-метром образца 10 мм (сквозная закалка) составляет KCU = 1 МДж/м2, а при Æ = 100 мм (несквозная прокаливаемость) KCU = 0,5 МДж/м2.
Поэтому для ответственных изделий должны применяться стали со
сквозной прокаливаемостью.
Из рис. 2.3.4 очевидно, что основной путь повышения прокаливаемо-сти – это уменьшение Vкр. В предыдущем разделе (2.3.1.2) говорилось о том, что легирование приводит к смещению линий С- диаграммы вправо (см. рис. 2.3.3), а это означает уменьшение Vкр (напомним, что величина Vкр определяет-ся наклоном касательной к кривой начала распада аустенита на феррито-карбидные смеси, см. стр. 84).
Как отмечалось выше, все легирующие элементы (кроме Со ) замедляют скорость распада переохлажденного аустенита и соответственно уменьша-ют Vкр, причем тем сильнее, чем больше их количество в стали. Поэтому, чем больше диаметр изделия, тем более легированную сталь нужно применять для получения сквозной прокаливаемости.
Помимо повышения прокаливаемости легирование играет и еще одну важную положительную роль, так как., снижая Vкр, позволяет производить бо-лее «мягкую» закалку по сравнению с углеродистыми (нелегированными)
|
|
|
сталями. Если для получения мартенсита в углеродистых сталях их необходимо охлаждать очень быстро в воде (Vохл» 600 оС/с), то в легированных тот же ре-зультат может быть достигнут при более медленном охлаждении в масле (Vохл»150 оС/с) или даже (для некоторых высоколегированных, например, бы-строрежущих сталей) на воздухе (V охл.» 3…30 оС/с).
Существенное снижение Vохл. при закалке легированных сталей уменьша-
ет опасность возникновения закалочных трещин и коробления изделий.
Справедливости ради остановимся на примере отрицательного влияния легирования, усложняющего технологию термической обработки изделий.
Выше (раздел 2.3.1.2) отмечалось, что подобно углероду все легирующие
-
элементы (кроме Со и Al) снижают температуру начала (Мн) и конца (Мк) мар-тенситного превращения.
Если в стали данного химического состава температура Мк опускается ниже комнатной, то при закалке (закалочная среда при t = 20 оС) часть аустени-
та сохраняется, не превращаясь в мартенсит, - это «остаточный аустенит». Согласно рис. 2.3.2 он появляется в структуре закаленных углеродистых
сталей, содержащих і 0,5 %С и его количество возрастает с увеличением со-держания углерода (пропорционально заштрихованному на рис. 2.3.2 интервалу ∆ t = 20 оС – Мк).
Поскольку легирующие элементы дополнительно снижают Мн и Мк (осо-бенно эффективно Mn, Cr, Ni) то в закаленных легированных сталях сохраняет-ся много остаточного аустенита.
Остаточный аустенит ухудшает механические и эксплуатационные свой-ства изделий, поэтому для его устранения применяют «обработку холодом» -охлаждение изделий сразу после закалки до температур, возможно близких к
Мк. Для этого используют, например, жидкий аммиак (-33 оС), жидкий азот (- 196оС) и другие охлаждающие среды.1
Обработку холодом используют главным образом для деталей типа шес-терен, режущих и измерительных инструментов, изготавливаемых из высоколе-гированных сталей.
Заметим, что в некоторых случаях остаточный аустенит играет положи-тельную роль, уменьшая деформацию изделий при закалке (например, длинно-мерного режущего и измерительного инструмента).
