Технология вакуумной термической обработки

Закалка и отпуск стали Блог о контроле качества металла

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 1. 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. 1 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. 1). Резкость такой закалки меньше, чем пре­дыдущей.

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. 1).

Изотермическая закалка (закалка в горячих средах) основана на изотермическом распаде 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. 1). 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 распад 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.).

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 мартенситного превращения находится ниже 0 0 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 a-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).

Читайте также:  Как поменять свечи зажигания на Citroen C4 Пособие автомобилиста

Отпуск сталей

Отпуск — это процесс термической обработки, заключающийся в нагреве закаленной стали до температур ниже точки Ас1, c целью получения равновесной структуры и заданного комплекса механических свойств.

Содержание

После закалки сталь имеет структуру на основе мартенсита с тетрагональной искаженной кристаллической решеткой и остаточного аустенита, количество которого зависит от химического состава стали. При нагреве закаленной стали в ее структуре происходят фазовые превращения, которые можно показать в виде схемы.

Схема фазовых превращений при отпуске сталей

Низкий отпуск сталей

Низкий отпуск стали делают при температуре до 250°С. При этом процессе из мартенсита выделяется часть избыточного углерода с образованием мельчайших карбидных частиц (ε-карбидов). ε-карбиды выделяются в виде пластин или стержней и они когерентно связаны с решеткой мартенсита. Распад остаточного аустенита при низком отпуске происходит по механизму бейнитного превращения: образуется гетерогенная смесь кристаллов низкоуглеродистого мартенсита и дисперсных карбидов. Продуктом низкого отпуска является мартенсит отпуска, который отличается от мартенсита закалки меньшей концентрацией углерода и наличием в нем карбидов (ε-карбидов), которые когерентно связаны с решеткой мартенсита.

При температуре около 250°С начинается превращение карбида в цементит; при этом когерентность решеток α-твердого раствора мартенсита и карбидов нарушается.

Низкому отпуску подвергают инструментальные железоуглеродистые материалы (режущий и мерительный инструмент), а также стали, которые подвергались цементации, нитроцементации. Часто низкий отпуск делают для сталей после термообработки токами высокой частоты.

Средний отпуск

Средний отпуск проводится при температурах 350–400 °С. При этом из мартенсита выделяется весь избыточный углерод с образованием цементитных частиц. Тетрагональность (степень тетрагональности) решетки железа уменьшается, она становится кубической. В результате вместо мартенсита остается феррит. Такая феррито-цементитная смесь называется трооститом отпуска, а процесс, приводящий к таким изменениям, среднетемпературным отпуском. При среднем отпуске снижается плотность дислокаций и уменьшаются внутренние напряжения в стали.

Средний отпуск применяется при термообработке упругих деталей: рессор, пружин и др.

Высокий отпуск

Во время высокого отпуск (450-550°С и выше) в углеродистых сталях происходят изменения структуры, не связанные с фазовыми превращениями: изменяются форма, размер карбидов и структура феррита. С повышением температуры происходит коагуляция – укрупнение частиц цементита. Форма кристаллов постепенно становится сферической – этот процесс называется сфероидизацией.

Коагуляция и сфероидизация карбидов начинают происходить более интенсивно с температуры 400°С. Зерна феррита становятся крупными, и их форма приближается к равноосной. Феррито-карбидная смесь, которая образуется после отпуска при температуре 400–600 °С, называется сорбитом отпуска. При температуре, близкой к точке А1, образуется достаточно грубая феррито-цементитная смесь – перлит.

Высокий отпуск с температур 450-550°С применяется для большинства конструкционных сталей. Его широко используют при термообработке различных втулок, опор, крепежных изделий, работающих на растяжение-сжатие и других изделий, которые испытывают статические нагрузки.

Явление отпускной хрупкости

При отпуске некоторых сталей возможно протекание процессов, которые снижают ударную вязкость стали не меняя остальные механические свойства. Такое явление называется отпускной хрупкостью и наблюдается в температурных интервалах отпуска при 250–400ºС и 500–550ºС. Первый вид хрупкости называется отпускной хрупкостью Ι рода и является необратимым, поэтому стоит избегать отпуска сталей при этих температурах. Данный вид присущ практически всем сталям, легированным хромом, магнием, никелем и их сочетанием, и обусловлен неоднородным выделением карбидов из мартенсита. Второй вид отпускной хрупкости — отпускная хрупкость ΙΙ-го рода является обратимым. Отпускная хрупкость ΙΙ-го рода проявляется при медленном охлаждении легированной стали при температуре 500–550°С. Данная хрупкость может быть устранена повторным отпуском с большой скоростью охлаждения (в воде или масле). В этом случае устраняется причина этой хрупкости – выделение карбидов, нитридов, фосфидов по границам бывших аустенитных зерен. Устранение отпускной хрупкости легированных сталей возможно введением в них малых добавок молибдена (0,2–0,3 %) или вольфрама (0,5–0,7 %).

Графически эти виды хрупкости выглядят, как показано на рисунке.

Проявление отпускной хрупкости в сталях при отпуске

Практически все стали подчиняются закону: повышение температуры отпуска — снижение прочностных характеристик и повышение пластических, как показано на рисунке ниже.

Влияние температуры отпуска на механические свойства стали

Такая закономерность не касается быстрорежущих инструментальных легированных карбидообразующими элементами сталей.

Отпуск быстрорежущих инструментальных сталей

Основными легирующими элементами быстрорежущих сталей (Р18, Р6М5 и др.) являются вольфрам, молибден, кобальт и ванадий — элементы, обеспечивающие теплостойкость и износостойкость при эксплуатации. Быстрорежущие стали относятся к карбидному (ледебуритному) классу. Под закалку эти стали нагревают до температуры выше 1200°С (Р18 до температуры 1270°С, Р6М5 — до 1220°С). Высокие температуры закалки необходимы для более полного растворения вторичных карбидов и получения аустенита высоколегированного хромом, молибденом, вольфрамом, ванадием. Это обеспечивает получение после закалки теплостойкого мартенсита. Даже при очень высоком нагреве растворяется только часть карбидов. Для этих сталей характерно сохранение мелкого зерна при высоких температурах нагрева.

Железо и легирующие элементы «быстрорезов» имеют сильно отличающиеся свойства теплопроводности, поэтому при нагреве, для избежания трещин, следует делать температурные остановки. Обычно при 800 и 1050°С. При нагреве крупного инструмента первую выдержку делают при 600°С. Время выдержки составляет 5-20 мин. Выдержка при температуре закалки должна обеспечить растворение карбидов в пределе их возможной растворимости. Охлаждение инструмента чаще всего делают в масле. Для уменьшения деформации применяют ступенчатую закалку в расплавах солей с температурой 400-500°С. Структура «быстрорезов» после закалки состоит из высоколегированного мартенсита, содержащего 0,3-0,4%С, нерастворенных избыточных карбидов и остаточного аустенита. Чем выше температура закалки, тем ниже положение точек Мн, Мк и тем больше остаточного аустенита. В стали Р18 присутствует примерно 25-30% остаточного аустенита, в стали Р6М5 — 28-34%. Для уменьшения аустенита можно сделать обработку холодом, но как правило этого не требуется.

После закалки следует отпуск при 550 — 570°С, вызывающий превращение остаточного аустенита в мартенсит и дисперсионное твердение за счет частичного распада мартенсита и выделения дисперсных карбидов легирующих элементов. Это сопровождается увеличением твердости (вторичная твердость). В процессе выдержки при отпуске из остаточного аустенита выделяются карбиды, что уменьшает его легированность, и поэтому при последующем охлаждении он претерпевает мартенситное превращение (Мн

150°С). В процессе однократного отпуска только часть остаточного аустенита превращается в мартенсит. Чтобы весь аустенит перешел в мартенсит применяют двух и трехкратный отпуск. Время выдержки обычно составляет 60 минут.
При назначении режима нужно учитывать химические свойства элементов и периодичность выделения карбидов в зависимости от температуры. Например максимальная твердость стали Р6М5 получается за счет 3-х стадийного отпуска. Первый отпуск при температуре 350°С, последующие два при температуре 560-570°С. При температуре 350°С выделяются частицы цементита, равномерно распределенные в стали. Это способствует однородному выделению и распределению спецкарбидов М6С при температуре 560-570°С.

Читайте также:  Замена ремня ГРМ Дэу Нексия 1,5 литра 8 клапанов с фото и видео

Закалка стали

Требуется закалка деталей (стали) ? НТУ ХПИ выполняет все виды работ по закалке металла. В головах наших заказчиков во всём мире мы ассоциируемся с термином «качество»

Далее более подробно изложено о самой закалке стали, её видах, закалочных средах и других её особенностях.

В зависимости от исходного химического состава и температуры сплавы на основе системы железо – углерод могут находиться в различном фазовом и структурном состоянии (рис 1).

При этом к сталям относятся сплавы железо – углерод содержащие от 0 до 2,14 % углерода. В зависимости от равновесной структуры, определяемой содержанием углерода, стали подразделяются на доэвтектоидные, эвтектоидные и заэвтектоидные. К доэвтектоидным относят стали содержащие от 0 до 0,78 % углерода. К эвтектоидным – стали содержащие около 0,78% углерода. И к заэвтектоидным – стали содержащие от 0,78 до 2,14 % углерода.

Рис 1. Диаграмма состояния железо – углерод (железо – цементит).

Закалка стали

Закалкой называется нагрев стали на 30 – 50 ºС выше температуры аустенизации (Ас3) для доэвтектоидных и эвтектоидных сталей, или выше температуры полного растворения перлита (Ас1) для заэвтектоидных сталей, выдержке при данной температуре для завершения фазовых превращений и последующем охлаждении со скоростью выше критической (рис 2).

Рис 2. Термокинетическая диаграмма превращения переохлажденного аустенита, где Vк – критическая скорость закалки, а Vз – оптимальная скорость закалки.

Для углеродистых сталей критическая скорость охлаждения велика (400-1200 ºС/сек), поэтому охлаждение обычно проводят в воде или водных растворах. Для легированных сталей, аустенит которых более устойчив, критическая скорость охлаждения меньше, поэтому их охлаждают в масле и в других средах.

В большинстве случаев закалка металла не является окончательной операцией термической обработки. Чтобы уменьшить остаточные напряжения и хрупкость, вызванные закалкой, сталь после закалки подвергают отпуску. Достаточно часто при отпуске можно подкорректировать объемные изменения, вызванные закалкой, и стабилизировать размеры, что важно для прецизионных стальных деталей.

Инструментальную сталь, как правило, закаливают для повышения твердости, прочности и износостойкости. Конструкционную же сталь закаливают в первую очередь для повышения прочности, при сохранении высокой вязкости и пластичности. Некоторые виды сталей закаливают исключительно для придания высокой износостойкости.

Температура нагрева стали под закалку

Выбор температуры нагрева для закалки деталей, в основном, определяется их химическим составом и конкретной целью закалки. Как уже упоминалось выше, доэвтектоидные и эвтектоидные стали нагревают до температуры на 30 – 50 ºС выше температуры аустенизации (Ас3). При этом исходная структура (перлит + феррит) превращается в аустенит, который при последующем резком охлаждении превращается в мартенсит. Заэвтектоидные стали обычно нагревают на 40 – 80 ºС выше температуры полного растворения перлита (Ас1). В результате образуется аустенит и сохраняется определенное количество нерастворенного цементита (карбидов). После охлаждения такая сталь состоит из мартенсита и нерастворенных карбидов, и характеризуется повышенной твердостью. Верхний предел температуры при нагреве под закалку заэвтектоидной стали принято ограничивать, поскольку чрезмерное увеличение температуры вызывает рост зерна, охрупчивание закаленной стали, и усиливает коробление (рис 3).

Рис 3. Фрагмент диаграммы состояния железо – углерод (нанесены типичные температуры нагрева под закалку).

В то же время для многих видов сталей температура нагрева под закалку намного превышает указанные выше значения, что вызвано специальным легированием. Например, нагрев под закалку высокохромистых инструментальных и нержавеющих сталей содержащих 11 – 14 % Cr ведут до температур на 150 – 250 ºС выше температуры аустенизации (Ас3). В противном случае в их структуре останется слишком большое количество не растворившихся карбидов, что приведет к снижению твердости и прочности закаленной стали.

Продолжительность нагрева при закалке стали

Продолжительность нагрева стали под закалку определяется следующими факторами:

1. Необходимо обеспечить прогрев изделия по всему сечению;

2. Должно быть учтено время необходимое для завершения фазовых превращений;

3. Длительность нагрева не должна быть излишне большой, чтобы предотвратить рост зерна и поверхностное обезуглероживание.

Продолжительность нагрева в пламенных и электропечах обычно вычисляют из расчета 1 мин на 1 мм сечения детали плюс время, необходимое для завершения фазовых превращений. Прецизионные детали и детали сложных форм при нагреве под закалку рекомендуется предварительно подогревать в печи при температуре 400 – 600 ºС для уменьшения коробления.

Охлаждающие среды для закалки стали

Охлаждение при закалке стали должно обеспечивать получение мартенсита в заданном сечении детали, и не должно при этом вызывать дефекты: коробление, трещины, излишне высокие остаточные напряжения и т.п.

Высокая скорость охлаждения при закалке предпочтительна в температурном интервале от точки аустенизации вплоть до начала мартенситного превращения (Ас3 – Мн, или Ас1 – Мн). Это позволяет подавить промежуточный перлитный распад переохлажденного аустенита и обеспечить наиболее полное мартенситное превращение. Однако когда мартенситное превращение уже пошло (Мн – Мк) предпочтительной является пониженная скорость охлаждения. Сохранение высокой скорости охлаждения в температурном интервале мартенситного превращения нежелательно, поскольку может привести к росту остаточных напряжений вплоть до растрескивания изделий.

Следует отметить, что слишком медленное охлаждение (медленнее 50 – 100 ºС/час) в интервале температур (Мн – Мк) также бывает нежелательно, поскольку может вызвать частичный отпуск мартенсита и увеличение количества остаточного аустенита в закаленной стали. В результате, твердость такой стали окажется пониженной.

В качестве охлаждающих сред для закалки стали обычно используют кипящие жидкости: воду, водные растворы солей и щелочей, керосин, и наиболее часто – закалочные минеральные масла. При закалке в этих средах различают три основных периода охлаждения (рис 4):

Рис 4. Скорость охлаждения стали в различных охлаждающих средах при закалке: 1 – вода; 2 – 10%-ный водный раствор NaОН; 3 – 10%-ный водный раствор NaCl; 4 – минеральное масло.

1. Пленочное охлаждение: на поверхности закаливаемой детали образуется так называемая “паровая рубашка”. В этот период скорость охлаждения невелика из-за отсутствия стабильного контакта охлаждающей среды с поверхностью закаливаемой детали.

2. Пузырьковое кипение: при разрушении “паровой рубашки” обеспечивается прямой контакт поверхности закаливаемой детали с охлаждающей средой и наступает наиболее интенсивный отвод теплоты.

3. Конвективный теплообмен: при завершении кипения охлаждающей среды на поверхности закаливаемой детали наступает стадия конвективного теплообмена, при которой подогретые слои жидкости, расширяясь, устремляются в верхнюю зону закалочного бака, а на их место поступает охлаждающая среда из более холодных центральных и нижних зон. В этот период теплоотвод характеризуется наименьшей интенсивностью.

Относительная скорость охлаждения для различных закалочных сред и типичный температурный интервал в режиме пузырькового кипения приведены в таблице 1.

Таблица 1. Относительная охлаждающая способность закалочных сред.

Охлаждающая среда и ее исходная температура.

Температура пузырькового кипения ºС.

Читайте также:  Где в промышленности используется пищевой ароматизатор идентичный натуральному из чего его делают и

Относительная интенсивность охлаждения в интервале пузырькового кипения.

Для закалки углеродистой и отдельных видов низколегированных сталей чаще всего применяют воду и водные растворы NaCl и NaОН, поскольку устойчивость переохлажденного аустенита у этих сталей невелика.

Вода как закалочная среда имеет определенные недостатки:

1. Слишком высокая скорость охлаждения в области температур мартенситного превращения, что часто становится причиной дефектов и выбраковки части закаленных деталей.

2. С повышением температуры воды ее закалочная способность стремительно снижается, в связи с чем необходим строгий контроль за температурой воды в закалочном баке.

Для закалки легированных сталей, устойчивость переохлажденного аустенита у которых высока, наибольшее распространение в качестве охлаждающей среды получили минеральные масла.

Минеральные масла как закалочная среда имеют определенные преимущества:

1. Постоянство закаливающей способности в широком интервале температур (40 – 150 ºС, и даже 20 – 200 ºС).

2. Невысокая скорость охлаждения в температурном интервале мартенситного превращения, что позволяет полностью избежать или свести к минимуму появление закалочных дефектов.

Следует отметить, что несмотря на стабильность охлаждающей способности в широком интервале температур, все-же рекомендуется поддерживать температуру закалочного масла в диапазоне 60 – 90 ºС, когда его вязкость минимальна.

Закаливаемость и прокаливаемость стали

Закаливаемостью называют способность стали увеличивать твердость при закалке. Основным фактором влияющим на закаливаемость стали является содержание углерода (чем больше в мартенсите углерода, тем выше твердость). Остальные легирующие элементы изменяют закаливаемость незначительно.

Прокаливаемость – это способность стали получать закаленный слой с мартенситной структурой и высокой твердостью на определенную глубину. Прокаливаемость, косвенным индикатором которой является критическая скорость охлаждения, сильнее всего зависит от легирования (добавки Mn, Cr, Ni, Mo, W, V и т.д.), и незначительно зависит от содержания углерода (рис 5, 7).

Прокаливаемость стали в ограниченных сечениях можно определить по распределению твердости по сечению образцов (рис 5).

В общем случае прокаливаемость определяют методом торцовой закалки. Цилиндрический образец стандартных размеров и формы (рис 6), нагретый под закалку по стандартному режиму, охлаждают с торца водой на специальной установке. Когда охлаждение образца завершено, измеряют твердость по его длине (высоте). Поскольку скорость охлаждения по мере удаления от торца убывает, то закономерно уменьшается и твердость. Результаты измерений отображают на графике в координатах: твердость – расстояние от торца.

Рис 5. Распределение твердости по сечению закаленной стали в зависимости от состава: а) – сталь с 0,4 % С; б) – сталь с 0,4 % С, 0,85 % Mn и 1,0 % Cr; в) – сталь с 0,4 % С, 3,5 % Ni и 1,5 % Cr. Цифрой 1 показана твердость полумартенситной зоны (50 % мартенсита) в HRC.

Прокаливаемость стали, даже одной и той же марки, может изменяться в значительных пределах из-за неоднородности химического состава, размера и формы детали, величины зерна, предыстории термической (и термомеханической) обработки и других технологических факторов. Поэтому прокаливаемость каждой марки стали описывают не кривой, а так называемой полосой прокаливаемости, которая точнее отражает прокаливаемость стали в изделии.

Рис 6. Определение прокаливаемости методом торцовой закалки: а) – изменение твердости по длине образца; б) – схема торцовой закалки; 1) – охлаждение в масле; 2) – охлаждение в воде.

Рис 7. Полосы прокаливаемости сталей различного состава. Цифрой 1 указана твердость полумартенситной зоны (50 % мартенсита) в HRC.

Типичные полосы прокаливаемости для углеродистой и легированных конструкционных сталей содержащих 0,4 % С приведены на рис 7. Рис 7 также наглядно демонстрирует влияние легирующих элементов на прокаливаемость стали.

Основные виды объемной закалки

Непрерывная закалка

Непрерывной закалкой называют закалку в одном охладителе. Это самый распространенный вид закалки подходящий для большинства марок сталей и деталей относительно простой геометрии. Все остальные виды закалки, как правило, применяются для деталей сложной формы, деталей с переменными сечениями, а также для случаев, когда частично можно пожертвовать твердостью закаленной детали ради достижения максимальной конструктивной прочности и вязкости.

Прерывистая закалка.

Прерывистой закалкой называют последовательную закалку в двух охлаждающих средах. Наиболее часто применяемый вид прерывистой закалки заключается в предварительном охлаждении в воде (или водных растворах) до температуры несколько выше Мн, а затем в быстром переносе в менее интенсивный охладитель (чаще всего в масло), в котором деталь остывает окончательно. Второй, также распространенный вид прерывистой закалки, это прерывистая закалка в масле с последующим охлаждением на воздухе в интервале (Мн – Мк). Этот вид закалки часто применяется для высоколегированных высокопрочных сталей эксплуатируемых в сложнонапряженном состоянии. Основным достоинством прерывистой закалки является уменьшение внутренних напряжений и увеличение конструктивной прочности закаленной стали.

Ступенчатая закалка

При ступенчатой закалке сталь подвергают охлаждению, как только она нагревается до заданной температуры, и исключают дополнительную выдержку для завершения фазовых превращений. Такой вид закалки подходит только для нелегированных и некоторых низколегированных сталей, фазовые превращения в которых протекают с высокой скоростью. Для остальных классов сталей такая закалка не применима. Выигрыш, которого позволяет достичь ступенчатая закалка, заключается в уменьшении коробления и фазовых напряжений.

Неполная изотермическая закалка

Неполная изотермическая закалка заключается в быстром охлаждении до температуры чуть выше Мн, а затем в кратковременной (5 – 15 мин) выдержке при этой температуре, с последующим спокойным охлаждением, как правило, проводимым на воздухе. Температура промежуточной выдержки при неполной изотермической закалке в основном зависит от марки стали и температуры Мн, и обычно лежит в пределах 225 – 360 ºС. Неполная изотермическая закалка частично стабилизирует переохлажденный аустенит, в результате чего твердость закаленной стали уменьшается, а вязкость – возрастает.

Полная изотермическая закалка

Полная изотермическая закалка отличается от неполной тем, что выдержка при температуре чуть выше Мн, значительно более длительная (45 – 60 мин и более). Температура, при которой производится промежуточная изотермическая выдержка также чуть выше (275 – 400 ºС) и граничит с областью бейнитного превращения переохлажденного аустенита. Далее следует спокойное окончательное охлаждение. Структура стали подвергнутой полной изотермической закалке преимущественно состоит из бейнита и остаточного аустенита. На окончательном этапе охлаждения может образоваться мартенсит, количество которого невелико. В результате полной изотермической закалки можно получить максимальные значения конструктивной прочности и вязкости закаленной стали. Однако твердость при полной изотермической закалке обычно не превышает 60 – 70 % от максимально достижимой для стали данной марки.

Так же в последнее время очень популярны темы: светлая закалка, закалка в вакууме, закалка в защитных газах, все эти методы применяют для защиты поверхности деталей от окисления при закалке. Также популярна закалка ножей. Всё это Вы можете выполнить у нас без коробления и поводки с надлежащими твёрдостью, прочностью и вязкостью.

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector