double arrow

ВЛИЯНИЕ ЛЕГИРУЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ НА КРИТИЧЕСКУЮ СКОРОСТЬ ЗАКАЛКИ И ПРОКАЛИВАЕМОСТЬ СТАЛИ

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).






Сейчас читают про: