Большая Энциклопедия Нефти и Газа. Температура закалки стали

Влияние температуры закалки на структуру и свойства стали

Закалка — термическая обработка, заключается в нагревании стали до температуры выше критической (Ас3 для доэвтектоидной и Ас1 — для заэвтектоидной сталей) или температуры растворения избыточных фаз (рисунок 1), выдержке и последующем охлаждении со скоростью, превышающей критическую. Закалка не является окончательной операцией термической обработки. Чтобы уменьшить хрупкость и напряжения, вызванные закалкой, и получить требуемые механические свойства, сталь после закалки обязательно подвергают отпуску.

Инструментальную сталь в основном подвергают закалке и отпуску для повышения твердости, износостойкости и прочности, а конструкционную сталь — для повышения прочности, твердости, получения достаточно высокой пластичности и вязкости, а для ряда деталей также и высокой износостойкости.

Рисунок 1 – Интервал рекомендуемых температур нагрева стали при закалке

Выбор температуры закалки. Закалку с температуры выше верхних критических точек называют полной закалкой. Доэвтектоидные стали нагревают до температуры на 30—50 °С выше верхней критической точки Ас3 (рисунок 1). В этом случае сталь с исходной структурой перлит — феррит при нагреве приобретает аустенитную структуру, которая при последующем охлаждении со скоростью равной или выше критической превращается в мартенсит. Так полную закалку для стали с 0,4 % С проводят с температуры на 30-50 °С выше АС3, т. е. с 860 °С, с последующим быстрым охлаждением в воде. В результате такой закалки получаем структуру мартенсита (рисунок 2).

Рисунок 2 – Сталь с 0,4 % С после закалки с 860 С в воде. Мартенсит мелкоигольчатый. Травление 4 %-ным раствором HNO3 в спирте х450.

Мартенсит имеет игольчатое строение. Иглы (пластины) расположены под углом 60, 90 и 120  друг к другу. Размер игл мартенсита определяется величиной исходного (перед закалкой) зерна аустенита. Чем больше зерно аустенита, тем крупнее размер игл образовавшегося мартенсита.

Если сталь с 0,4 % С нагреть перед закалкой не до 860 С, а значительно выше, например до 1000 С, а затем охладить в воде, получится структура крупноигольчатого мартенсита (рисунок 3). Такая сталь обладает большой хрупкостью. При нагреве стали до 1000 С аустенитное зерно вырастает до значительных размеров и тем самым при охлаждении предопределяет образование крупноигольчатого мартенсита.

Рисунок 3 – Сталь с 0,4 % С после закалки с 1000 С в воде. Мартенсит крупноигольчатый. Травление 4 %-ным раствором HNO3 в спирте х500.

Закалку от температур, соответствующих интервалу между верхними и нижними критическими точками называют неполной закалкой и для доэвтектоидных сталей практически не применяют. При всех температурах нагрева в межкритическом интервале температур (Ac1 - Ас3) согласно диаграмме Fe – C сталь имеет две фазы аустенит и феррит. При охлаждении со скоростью равной или выше критической аустенит превращается в мартенсит, а феррит остается в стали без изменения. Так на рисунке 4 показана структура стали с 0,4 % С после неполной закалки с 770 С в воде. Основное поле - мелкоигольчатый мартенсит, светлые участки в виде разбросанных островков – феррит. В этом случае твердость и прочность стали имеют более низкие значения по сравнению со значениями, полученными при закалке от температуры 860 °С.

Рисунок 4 – Сталь с 0,4 % С после закалки с 770 С в воде. Мартенсит и феррит. Травление 4 %-ным раствором HNO3 в спирте х450.

Заэвтектоидные стали под закалку нагревают на 30—50 °С выше точки Ас1 (рисунок 1), т. е. проводят неполную закалку. При таком нагреве образуется аустенит при сохранении некоторого количества вторичного цементита. После охлаждения структура стали состоит из мартенсита и нерастворимых частиц карбидов, обладающих высокой твердостью. Цементит тверже мартенсита, поэтому неполная закалка заэвтектоидных сталей обеспечивает максимальную твердость. На рисунке 5 показана структура заэвтектроидной стали с 1,2 % С после закалки при 770 °С в воде и последующего отпуска при 150 °С. Структура состоит из мартенсита отпуска и зерен вторичного цементита. Невысокий отпуск дан для снятия внутренних напряжений, получившихся при закалке стали.

Нагрев выше линии Аcm излишен, наоборот, он даже вреден, так как при нагреве стали выше Аcm она перегревается, аустенитное зерно вырастает до больших размеров, и после охлаждения стали в воде получается крупноигольчатый мартенсит (рисунок 6), имеющий весьма большую хрупкость.

Рисунок 5 – Сталь с 1,2 % С после закалки с 770 С в воде и отпуск при 150 С. Мартенсит и вторичный цементит. Травление 4 %-ным раствором HNO3 в спирте х450.

Рисунок 6 – Сталь с 1,2 % С после закалки с 950 С в воде и отпуск при 150 С. Мартенсит крупноиголчатый. Травление 4 %-ным раствором HNO3 в спирте х450.

Верхний предел температуры закалки для большинства заэвтектоидных сталей ограничивают, так как чрезмерное повышение температуры выше Ас1 связано с ростом зерна, что приводит к снижению прочности и сопротивления хрупкому разрушению. Поэтому интервал колебания температур закалки большинства сталей невелик (15-20 °С).

Для многих легированных сталей температура нагрева под закалку значительно превышает критические точки Ас1 и Ас3 (на 150—250°С), что необходимо для перевода в твердый раствор специальных карбидов и получения требуемой легированности аустенита. Это повышение температуры не ведет к заметному росту зерна, так как нерастворенные частицы карбидов тормозят рост зерна аустенита.

Продолжительность нагрева при аустенизации стали. Продолжительность нагрева должна обеспечить прогрев изделия по сечению и завершение фазовых превращений, но не должна быть слишком большой, чтобы не вызвать роста зерна и обезуглероживания поверхностных слоев стали.

Общая продолжительность нагрева тобщ = тсп + тив, где тсп — продолжительность сквозного прогрева до заданной (конечной) температуры, обусловленная формой и размером изделия, их расположением, типом печи, составом и свойствами стали и т. д.; тив — продолжительность изотермической выдержки при данной температуре, не зависящая от формы и размера изделия и определяемая только составом и исходным состоянием стали.

Для определения тобщ чаще пользуются опытными данными (таблица 1).

Таблица 1 Ориентировочная продолжительность нагрева изделий для закалки

Условия нагрева	Продолжительность нагрева, на 1 мм сечения (или толщины изделия), с
Условия нагрева	круглого	квадратного	прямоугольного
В электропечи	40-50	50-60	60-75
В пламенной печи	35-40	45-60	55-60
В соляной ванне	12-15	15-18	18-22

Величина тив должна быть минимальной, но обеспечивать завершение фазовых превращений в стали и необходимую концентрацию углерода и легирующих элементов в аустените.

Продолжительность изотермической выдержки при заданной температуре для деталей машин часто принимают равной 15—25% от продолжительности сквозного прогрева.

Фасонный инструмент и детали машин сложных форм при нагреве под закалку для уменьшения деформации рекомендуется предварительно подогревать в печи при 400-600 °С.

Прокаливаемость и закаливаемость.

В зависимости от химического состава резко меняются прокаливаемость и закаливаемость стали. Под прокаливаемостью понимают способность стали воспринимать закалку на большую или меньшую глубину и величину зоны высокой твердости. За глубину прокаливаемости принимают расстояние от поверхности с мартенситной структурой до полумартенситной зоны, структура которой состоит из 50% мартенсита и 50% троостита. Полумартенситная зона определяется по структуре или твердости.

Закаливаемость — способность стали к повышению твердости в результате закалки. Закаливаемость зависит, прежде всего, от содержания углерода и карбидообразующих легирующих элементов. Чем больше углерода, тем выше твердость, тем выше закаливаемость. Резкое падение закаливаемости происходит тогда, когда в её структуре становится менее 50% мартенсита.

Способы закалки. В зависимости от условий охлаждения существует несколько способов закалки (рисунок 7).

Рисунок 7 – Схемы различных способов закалки: а – в одном охладителе; б – в двух средах; в – ступенчатая; г – изотермическая

Наиболее распространена закалка в одном охладителе (рисунок 7, а). Однако в этом случае появляются значительные термические и структурные напряжения из-за быстрого охлаждения деталей в большом интервале температур. Напряжения могут вызвать коробление деталей, а если они превысят предел прочности, то и появление трещин. Для уменьшения напряжений при закалке в одном охладителе применяют подстуживание, когда перед погружением в закалочную среду нагретую сталь охлаждают на воздухе (подстуживают) до температуры несколько выше Аr1. Это возможно для сталей, имеющих большую разницу между точками АС3 и Аr1, (тепловой гистерезис), в частности, для кремнистых, рессорно-пружинных и марганцевистых сталей.

Иногда при термообработке инструмента для уменьшения структурных напряжений применяют закалку в двух средах (рисунок 7, б), т. е. охлаждают изделия до температуры несколько выше Мн быстро в воде, а затем более медленно в масле.

Еще больший эффект дает ступенчатая закалка (рисунок 7, в), при которой нагретая до состояния аустенита сталь охлаждается в расплаве солей до температуры несколько выше Мн. При этой температуре делается короткая выдержка для выравнивания температуры по сечению детали, а затем охлаждается более медленно. В результате получается мартенситная структура, свободная от значительных структурных и термических напряжений. В соляных ваннах при температуре несколько выше Мн проводят изотермическую закалку (рисунок 7, г), только выдержку при постоянной температуре делают до полного окончания распада аустенита. В этом случае получается структура бейнита (игольчатого троостита) с твердостью 45—55 HRC, имеющего достаточною вязкость. Ступенчатой и изотермической закалке подвергают стали с достаточно большим инкубационным периодом. К мало- и среднеуглеродистым сталям такой способ закалки применять нельзя.

studfiles.net

Температура закалки стали « Попаданцев.нет

Закаливать сталь научились сразу после того, как эту сталь получили. Однако, сложностью является подбор температуры для закаливания. Проблема в том, что при нагревании кристаллическая решетка железа перестраивается — она превращается из α-Fe холодного железа в β-Fe (вообще при дальнейшем нагревании есть еще два перестроения, но нас они не интересуют). Если сталь при этом быстро остудить — решетка останется в β-Fe и в напряженном состоянии, что и дает очень большую твердость стали. Собственно, это и есть принцип закалки.

Вопрос возникает в другом…

Температура перехода в β-Fe — 769—917 градусов. Если недогреть — β-Fe не получится. Если перегреть — сталь перейдет в следующую форму кристаллической решетки и ей будет до лампочки закалка, сталь станет слишком хрупкой. И это все усугубляется тем, что температура перехода зависит от количества углерода в стали, поэтому она может варьироваться в пределах 150 градусов. Ну и как средневековому кузнецу выдержать эти режимы? Тут даже бесконтактный электронный термометр не поможет, ведь все равно не известно сколько углерода у него в этот раз вышло.

Древние кузнецы определяли переход в β-Fe по цвету разогретой стали. У каждого клана кузнецов был свой секретный метод его определения, типа: «Как предрассветная луна после летнего дождя отражается в луже, сделаной рыжим псом». Романтично. Но для нас существует метод, дающий более гарантированый результат. Дело в том, что в момент перехода в β-Fe сталь проходит точку Кюри и теряет магнитные свойства. То есть достаточно иметь маленький магнитик и проверять изделие во время нагрева. Как только магнитик перестанет прилипать к мечу — пора его закалять!

Просьба помнить, что за разглашение формулы «Предрасветной луны после муссона на рассвете четверга» — удаляли репродуктивные органы, часто вместе с головой. Поэтому о магните лучше не рассказывать, аборигены за такой секрет зажарят прямо в кузнице на кузнечном горне.

www.popadancev.net

Температура - закалка - сталь

Cтраница 3

Склонность стали 18 - 8 - Ti к межкристаллитной коррозии в сильной степени зависит от температуры закалки стали на аустенит. [31]

Проведенные испытания показывают, что для одного и того же раствора существует четкая зависимость между скоростью коррозии и температурой закалки стали: с повышением температуры закалки скорость коррозии стали уменьшается. Скорость коррозии также зависит от природы и состава раствора. Наиболее агрессив ной является соляная кислота, в серной кислоте с хлористым натрием весовые потери меньше. Уменьшение весовых потерь стали при введении FeSO4 объясняется увеличением поляризации анодного процесса ионизации железа Fe - F2 2е, что тормозит коррозию. Введение замедлителей коррозии резко тормозит скорость разрушения металла и в серной и в соляной кислотах. [32]

Для получения оптимальной жаропрочности высокохромистые стали закаливают на мартенсит. Температура закалки стали 18Х12ВМБФР составляет 1030 - 1060 С, а стали 15Х12ВНМФ - 1000 - 1020 С, охлаждение в масле. Высокие температуры закалки необходимы для растворения карбидов М28Св и МС в аустените. Более высокие температуры закалки приводят к образованию в структуре большого количества феррита, снижающего прочность. Структура сталей после отпуска при 650 - 700 С сорбит и троостит. [33]

Для получения оптимальной жаропрочности высокохромистые стали закаливают на мартенсит. Температура закалки стали 18Х12ВМБФР составляет 1030 - 1060 С, а стали 15Х12ВНМФ - 1000 - 1020 С, охлаждение в масле. Высокие температуры закалки необходимы для растворения карбидов М280в и МС в аустените. Более высокие температуры закалки приводят к образованию в структуре большого количества феррита, снижающего прочность. Структура сталей после отпуска при 650 - 700 С сорбит и троостит. [34]

Закалка доэвтектоидной стали производится с температуры выше точки Аса на 30 - 50 С, для закалки заэвтектоидной и эвтек-тоидной стали принимают температуру на 30 - 50 С выше точки Асг. Температура закалки стали зависит от ее химического состава. [35]

Закалка доэвтектоидной стали производится с температуры выше точки 4с3 на 30 - 50 С, для закалки заэвтектоидной и эвтек-тоидной стали принимают температуру на 30 - 50 С выше точки Лс. Температура закалки стали зависит от ее химического состава. [36]

Для получения оптимальной жаропрочности высокохромистые стали закаливают на мартенсит. Температура закалки стали 18Х12ВМБФР составляет 1030 - 1060 С, а стали 15Х12ВНМФ - 1000 - 1020 С, охлаждение в масле. Высокие температуры закалки необходимы для растворения карбидов М28С6 и МС в аустените. Более высокие температуры закалки приводят к образованию в структуре большого количества феррита, снижающего прочность. Структура сталей после отпуска при 650 - 700 С сорбит и троостит. [37]

Для придания стали теплостойкости инструменты подвергают закалке и многократному отпуску. Температуру закалки стали Р18 принимают равной 1270 С и стали Р6М5 - 1220 С. Высокие температуры закалки необходимы для более полного растворения вторичных карбидов и получения при нагреве аустенита, высоколегированного хромом, вольфрамом, молибденом и ванадием. Это обеспечивает получение после закалки мартенсита, обладающего высокой теплостойкостью. Однако даже при очень высоком нагреве растворяется только часть карбидов. Во избежание образования трещин при нагреве до температуры закалки применяют подогрев инструмента при 800 - 850 С 10 - 15 мин или при 1050 - 1100 С 3 - 5 мин, а крупного инструмента, кроме того, еще при 550 - 600 С 15 - 20 мин. [38]

Для придания стали теплостойкости инструмент подвергают закалке и многократному отпуску. Температуру закалки стали Р18 принимают равной 1270 - 1290 С, стали Р12 - 1225 - 1245 С Р6М5 - 1210 - 1230 С. Высокие температуры закалки необходимы для более полного растворения вторичных карбидов и получения при нагреве аустенита, высоколегированного хромом, вольфрамом, молибденом и ванадием. Это обеспечивает повышение прокаливаемости и закаливаемости, а также получение после закалки мартенсита, обладающего высокой теплостойкостью. [39]

Для придания стали теплостойкости инструмент, подвергают закалке и многократному отпуску. Температуру закалки стали Р18 принимают равной 1270 - 1290 С, стали - Р12 - 1225 -: Ш С, Р6М5 - 1210 - 1230 С. Высокие температуры закалки необходимы для более полного растворения вторичных карбидов и получения при нагреве аустенита, высоколегированного хромом, вольфрамом, молибденом и ванадием. Это обеспечивает повышение прокаливаембсти и закаливаемости, а также получение после закалки мафтенрита, обладающего высокой теплостойкостью. [40]

Для придания стали теплостойкости инструменты подвергают закалке и многократному отпуску. Температуру закалки стали Р18 принимают равной 1270 - 1290 С, стали Р12 - 1240 - 1260 С и Р6М5 - 1210 - 1230 С. Высокие температуры закалки необходимы для более полного растворения вторичных карбидов и получения при нагреве аустенита высоколегированного хромом, вольфрамом, молибденом и ванадием. [41]

Для придания стали теплостойкости инструмент подвергают закалке и многократному отпуску. Температуру закалки стали Р18 принимают равной 1270 - 1290 С, стали Р12 - 1225 - 1245 С, Р6М5 - 1210 - 1230 С. Высокие температуры закалки необходимы для более полного растворения вторичных карбидов и получения при нагреве аустенита, высоколегированного хромом, вольфрамом, молибденом и ванадием. Это обеспечивает повышение прокаливаемости и закаливаемости, а также получение после закалки мартенсита, обладающего высокой теплостойкостью. [42]

Когда пайка и закалка производятся одновременно, применяемый припой должен иметь температуру плавления несколько ниже температуры закалки стали. [43]

На количество у-фазы во вторично закаленном слоечнаиболее сильное влияние оказывает концентрация углерода в аустените, возникающем от нагрева шлифованием. Количество углерода и легирующих элементов в аустените определяется содержанием их в отпущенном по оптимальному режиму мартенсите, которые зависят от соотношения в стали углерода, вольфрама и ванадия, а также от температуры закалки стали. [44]

Хромонпкелевые стали после закалки на аустенит обладают высокими пластическими свойствами. С ростом содержания углерода ( и азота) повышаются механические свойства хромоникелевых сталей как в закаленном, так и в состаренном состоянии. При этом чем выше температура закалки сталей ( 950 - 1150 С), тем меньше их прочность и твердость и выше пластичность. При холодной деформации в зависимости от степени обжатия происходит значительный рост предела прочности, текучести и твердости, пластические свойства снижаются, но сохраняются на достаточно высоком уровне. При холодной деформации происходит также изменение магнитных свойств, связанных с превращением аустенита, особенно у низкоуглеродистой стали. [45]

Страницы: 1 2 3 4

www.ngpedia.ru

Закалка стали: нагрев

Закалкой называется процесс термической обработки, заключающийся в нагреве стали до температуры выше критической и последующем достаточно быстром охлаждении с целью получения неравновесной структуры. В результате закалки повышается прочность и твердость стали.

На результат закалки оказывают влияние следующие факторы: нагрев (температура нагрева при закалке и скорость нагревания до температуры закалки), выдержка при температуре закалки и охлаждение от температуры закалки.

Нагрев стали при закалке

Выбор температуры нагрева при закалке углеродистых сталей производится по левой нижней части диаграммы железо — цементит.

При закалке доэвтектоидные стали нагревают до температуры на 30—50° выше верхней критической точки Ас3 [Ас3 + + (30—50°)], т. е. выше линии GS диаграммы железо — цементит. При таком нагреве исходная феррито-перлитная структура превращается в аустенит, а после охлаждения со скоростью больше критической образуется структура мартенсита. При нагреве доэвтектоидной стали до более низкой температуры, например, выше критической точки Асг, т. е. выше линии PS диаграммы железо — цементит, но ниже точки Ас3, структура и свойства стали будут изменяться следующим образом. Исходная фер-рито-перлитная структура при таком нагреве не будет полностью превращаться в аустенит, а часть феррита останется не превращенным и структура будет аустенит + феррит. Феррита в стали останется тем больше, чем температура нагрева ближе в точке Асх. Естественно, что после охлаждения полностью мартенситной структуры не образуется и часть феррита останется в закаленной стали. Структура после охлаждения будет мартенсит + феррит. Феррит, имеющий низкую твердость, понижает общую твердость закаленной стали. Такая закалка называется неполной.

При закалке заэвтектоидные стали нагревают до температуры на 30—50° выше нижней критической точки Асх [Асх + (30—50°)], т. е. выше линии SK диаграммы железо — цементит. Так как эта линия горизонтальная и соответствует температуре 727° С, для заэвтектоид-ной стали можно указать интервал температуры нагрева для закалки 760—790° С. При таком нагреве исходная структура перлит будет полностью превращаться в аустенит, а часть вторичного цементита останется нерастворенной, структура будет состоять из аустенита и цементита. После охлаждения со скоростью больше критической аустенит превратится в мартенсит. Структура закаленной стали будет состоять из мартенсита и цементита. Как было указано выше, такая закалка называется неполной. Но если неполная закалка доэвтектоидных сталей оказывает неблагоприятное влияние на их свойства, то неполная закалка заэвтектоидных сталей не ухудшает, а, наоборот, улучшает их свойства и является нормальной. Это объясняется тем, что в заэвтектоидных сталях в результате неполной закалки сохраняется избыточный цементит, обладающий большей твердостью по сравнению с твердостью мартенсита. Поэтому наличие в структуре закаленной за-эвтектоидной стали, кроме мартенсита, еще и цементита повышает твердость и износостойкость стали.

Для экономии времени нагрев стали необходимо вести по возможности быстро, однако не допуская образования дефектов. Нагрев деталей сложной формы необходимо производить медленно. Если сложные детали нагревать быстро и резко, например сразу помещать их в печь, нагретую до температуры закалки, то возникают значительные внутренние напряжения и в результате возможно образование трещин. Поэтому практически детали сложной формы перед посадкой в печь для нагрева под закалку предварительно подогревают или температуру печи повышают вместе с помещенными в нее заранее деталями.Общая продолжительность нагрева, т. е. общее время пребывания стальных изделий в нагревающей среде, состоит из двух слагаемых: времени нагрева до заданной температуры и времени выдержки при этой температуре.

Время нагрева изделий до заданной температуры зависит от температуры нагрева, степени легированности стали, конфигурации изделий, мощности и типа печи, величины садки, способа укладки изделий и других факторов.

Время выдержки исчисляется с момента достижения изделиями заданной температуры и так же, как и время нагрева, зависит от многих факторов, влияющих на процессы растворения и структурных превращений, происходящих в стали.

Например, для нагрева, включая и выдержку, круглых изделий из углеродистых сталей при закалке рекомендуются следующие нормы времени: в пламенной печи — 1 мин на 1 мм сечения; в соляной ванне— 0,5 мин на 1 мм сечения. Время нагрева изделий из легированной стали должно быть увеличено на 25—50%.

trastcomp.ru

Закалка металла

Закалкой металла называют операцию термической обработки, состоящую в нагреве до температур выше на 20—30° верхней критической точки АСз для доэвтектоидной стали и выше нижней критической точки АС1, для заэвтектоидной стали с последующим быстрым охлаждением.

Цель закалки— придание стали высокой твердости и прочности за счет получения структуры мартенсита.

Для высоколегированных сталей нормализация может привести к получению структур троостита и мартенсита либо чистого мартенсита и является по существу закалкой.

Режимы закалки характеризуются:

скоростью и температурой нагрева,
длительностью выдержки при этой температуре
и в особенности скоростью охлаждения.

Определение скорости нагрева основывается на тех же соображениях, что и при отжиге.

Температура закалки для простых углеродистых сталей определяется содержанием углерода.

Нагрев под закалку производят либо в камерных печах, либо в печах-ваннах сопротивления, либо в электродных печах-ваннах.

Для конструкционных сталей температура закалки выбирается выше АСз на 20—30°. В этом случае при нагреве сталь имеет; структуру аустенита, который при последующем охлаждении со скоростью большей, чем критическая скорость закалки, превращается в мартенсит.

При нагреве доэвтектоидной стали до температур ниже АСз, в структуре стали сохраняется некоторое количество феррита, снижающего твердость закаленной стали. Такая закалка называется неполной и является браком.

Для инструментальных сталей наилучшей температурой закалки является температура выше АС1 на 20—30°. В этом случае сохранение цементита при нагреве и охлаждении будет способствовать повышению твердости, так как твердость цементита больше твердости мартенсита.

Нагрев заэвтектоидной стали до температуры выше ACm излишен, так как твердость получится меньшей, чем при закалке с температуры выше АС1 за счет растворения цементита и увеличения количества остаточного аустенита.

Кроме того, при охлаждении с более высоких температур могут возникать большие закалочные напряжения.