Технологии термообработки стали. Термообработка закалка стали

Технологии термообработки стали - Мanufactory-Industry-Design

Термообработка стальных сплавов – нагрев сплава до установленного температурного значения с последующей выдержкой и охлаждением. Данный вид обработки позволяет получить сталь с заданными характеристиками (однородная микроструктура, твердость, вязкость и пр.)

Классическая термообработка стали.

Часто термическим способом обрабатывают полуфабрикаты и готовые изделия.

Существует следующие этапы обработки стальных сплавов:

Вначале проводят отжиг детали.
Далее нормализуют сталь.
Важным этапом является закалка.
Завершает операцию отпуск стали.

Назначение и виды отжига.

Отливка, ковка, прокатка, сварка стали сопровождаются ее неравномерным охлаждением. Это приводит к образованию структурных и химических неоднородностей, внутренних напряжений. Детали приобретают неоднородные свойства.

Отжиг необходим для их коррекции. Цель операции – добиться равновесной, устойчивой структуры в стали.

В результате отжига снижается внутреннее напряжение, металл становится менее прочным, но более пластичным и вязким. Это упрощает процессы его обработки резкой и давлением, корректирует структуру сварных швов, подготавливает заготовку к дальнейшей термообработке. Охлаждают металл при отжиге медленно: от 300 до 1000 С в час.

Отжиг включает следующие режимы.

I. Отжиг I-го рода. Применяют, когда нет необходимости менять фазовый состав.

Диффузионный
Рекристаллизационный
Снимающий напряжения

II. Отжиг II-го рода. Используют, когда нужно поменять фазовый состав металла.

Неполный
Полный
Изотермический
Сфероидизирующий (другие названия: циклический, маятниковый, на зернистый перлит)

Нужный режим выбирают исходя из состава сталей и требований к их технологическим и механическим характеристикам.

Назначение нормализации

Нормализация стали представляет собой нагрев до температур, превышающих критические на 30-500 С с дальнейшим понижением температуры до 20 — 250 С на воздухе.В доэвтектоиднгых конструкционных сталях ( с содержанием углерода 0,025-0,8%) при нормализации происходит уменьшение размера феррита и перлита. Это увеличивает прочность стали после отжига.

В заэвтектоидных инструментальных сталях (с содержанием углерода более 0,8%) разрушается цементитная сетка, окружающая перлитные зерна. Это снижает хрупкость стали, подготавливает ее к закалке.

Назначение и виды закалки

Закаливают сталь для улучшения ее характеристик. В частности, металл становится более прочным и твердым, стойким к механическому износу. Закалке подвергают стали, в которых содержание углерода выше 0,25%.

Виды закалки стали.

В 1-ой закалочной среде (масло либо вода).
В 2-х закалочных средах (в воде и масле).
Ступенчатая.
Изотермическая.

I-й способ

широко распространен в сталелитейном производстве, но применим не ко всем сталям. Некоторые металлы при резком охлаждении в воде трескаются. У некоторых сортов при охлаждении в масле закалка не происходит. Одноступенчатая закалка в одной среде допустима для изделий простой формы, к которым не предъявляют повышенных требований по прочности.

II-й способ

практически исключает возникновение трещин и позволяет получить качественную мартенситную сталь. Сперва деталь погружают в воду, далее — в масло.

Ступенчатая закалка

Для мелких изделий применяют закалку ступенчатым методом. Изделия нагревают, помещают в щелочной расплав (от 3500 до 4000 С). (Мартенсит образуется при температуре порядка 3000 С). Выжидают некоторое время, достаточное для выравнивания температуры внутри изделия. Легированные стали охлаждают в минеральном масле, нелегированные могут погружать в воду. Данный способ обеспечивает необходимую твердость, а вероятность появления трещин и напряжений стремиться к нулю.

Изотермическая закалка

Изотермическую закалку проводят аналогично ступенчатой, но выдерживая металл в щелочи до тех пор, пока аустенит полностью не распадется на бейнит. Преимущество метода в полном отсутствии внутренних напряжений. Данная закалка не требует отпуска. Метод пригоден для обработки сложных деталей, подверженных деформациям и трещинам.

Характеристика твердости стали, подвергнутой закалке при соблюдении технологии, выражается в единицах твердости и называется закаливаемостью. С увеличением процентного содержания углерода увеличивается твердость стального сплава. Влияние лигирующих компонентов на показатель твердости стали ничтожно мало. Лигирование определяет иные характеристики (устойчивость к коррозии и пр.).

Другая важная величина, определяющая характеристики металла – прокаливаемость, мм. Она показывает глубину, на которую данный сорт стали можно закалить — расстояние между внешним диаметром и полумартенситной зоной.

Закалка стального сплава в заводских условиях

Назначение и типы отпуска

Отпуск применяют, чтобы снять внутренние напряжения, ухудшающих свойства изделий. Стальной сплав нагревают, выдерживают и охлаждают. Чтобы максимально снять все виды напряжения, необходимо произвести нагрев до высокой температуры, выдержать длительное время и медленно охладить. К внутренним напряжениям относят: осевые, радиальные, тангенциальные. В результате изделие приобретает оптимальное соотношение прочности и вязкости.Виды отпуска:1. Низкотемпературный (до 2500 С). Применяют для повышения прочности и вязкости при сохранении твердости сплава (HRC остается в пределах от 58 до 63). Стали отпущенные при такой температуре обладают высокой стойкостью к статическим и низкой стойкостью к динамическим нагрузкам.

2. Среднетемпературный режим (350-5000 С). Используется, когда необходимо значительно повысить предел упругости, релаксационную стойкость и динамическую выносливость. Твердость сплава при этом заметно уменьшается до HRC в пределах от 40 до 50. Такой отпуск нужен для пружин, рессор и пр.

3. Высокий (высокотемпературный). Проводят при температурах свыше 5000 С. Данный вид обработки улучшает показатели прочности, текучести и ударной вязкости. Твердость стали и износостойкость останутся прежними.

Термическая обработка стали методом ТВЧ (током высокой частоты)

Тепловая обработка ТВЧ происходит за счет индукционного нагрева стального изделия, которое помещают вблизи индуктора. При этом в детали возникает ЭДС. Под ее воздействием по детали начинает движение переменный ток, частота которого равна частоте индуктора. Сама деталь при этом разогревается.

При индукционной термообработке деталей необходимо учитывать скин эффект – индуцирование высокочастотного тока преимущественно на поверхности и в подлежащих слоях изделия. Уменьшая частоту тока можно увеличивать глубину прогрева.

Высокая частота позволяет создать значительную мощность, в зоне прохождения тока. Как следствие, в этой области происходит скоростной нагрев. За секунду температура повышается до 5000 С.

Меняя силу тока, мощность, напряжение генератора и время обработки детали можно установить оптимальный режим закалки. При необходимости, пирометрами дополнительно снимают температуру нагрева сплава. Диагностируют качество закалки лабораторным путем. Аналогично классическим методам, в недогретом образце доэвтектоидных стальных изделий обнаруживают феррит, в перегретом – мартенситные крупноигольчатые вкрапления.

Высокочастотная закалка вызывает нагрев металла до температур, которые несколько выше температурных показателей классической термообработки. Но за счет того, что продолжительность воздействия мала, в сплаве не успевают образоваться зерна. Сам сплав отличается высоким показателем твердости (HRC превышает стандартное значение единицы на 3) твердостью поверхности, износостойкостью.

Область применения, способы и преимущества индукционной закалки

ТВЧ обработку преимущественно применяют для сталей с содержанием углерода не более 0,5%. Высокоуглеродистые стали при резком охлаждении имеют тенденцию к образованию трещин.

Индукционную закалку выполняют следующими методами.

Непрерывно-последовательный. Используют для деталей с фиксированным сечением (оси, валы и пр.). Деталь движется в индукторе. Один участок подвергается закалке, затем перемещается в зону охлаждения спрейерным способом (водный душ или поток воздуха).
Одновременная закалка. Используется для одновременной закалки всей поверхности.

Посредством регулировки температуры охладителя и времени его воздействия запускается процесс самоотпуска сплава. Т.е. данный способ закалки позволяет экономить на отпуске стали.

К преимуществам метода относят:

высокую скорость процесса;
возможность легко регулировать прокаливаемость;
наличие коробления и окалины стремиться к нулю;

возможность 100% автоматизации операции закалки;
компактность, позволяющая разместить закалочное оборудование в линии установок для механического оборудования.

Видео ТВЧ процесса

www.tehnohacker.ru

Способы и параметры закалки стали. Прокаливаемость и закаливаемость. Поверхностная закалка сталей.

Закалка – темрообработка, включающая нагрев стали выше критических температур, выдержку и охлаждение со скоростью выше критической. Под критической скоростью закалки понимают минимальную скорость охлаждения, обеспечивающую бездиффузионное превращение аустенита в мартенсит. Цель закалки – повышение твердости, прочности и износостойкости.

Доэвтектоидные углеродистые и легированные стали подвергают полной закалке с нагревом на 30-50ºС выше Ac3, выдержкой и охлаждением скоростью выше критической. Ленированные стали охлаждают в минеральном масле, углеродистые – в воде.

Заэвтектоидные стали подвергают неполной закалке, выдержке, и охлаждению скоростью выше критической. Время нахождения в печи зависит от габаритов детали, а также формы и положения в печи (1 минута на 1 мм критического размера). Критический размер – минимальный размер максимального сечения. Цилиндрические детали нагреваются быстрее. Выдержка даётся примерно 1/5 от времени нагрева. Если греют в расплавах солей, время выдержки уменьшается в 2 раза. В расплавах металлов время меньше в 4 раза.

Индукционный нагрев с ТВЧ обеспечивает нагрев только поверхности, где концентрируются токи высокой частоты. Чем больше частоты, тем тоньше разогреваемый слой. Индукционный нагрев – высокоскоростной. Нагрев под закалку на 100-150ºС выше, чем при печном нагреве. При поверхностной закалке ТВЧ образуется мелкое зерно (выше твёрдость, меньше хрупкость).

Прокаливаемость – глубина закалённого слоя, зависящая от количества легирующего элемента. Все легирующие элементы (кроме кобальта) увеличивают прокаливаемость.

Закаливаемость – способность воспринимать максимальную твёрдость после закалки (зависит от содержания углерода). Чем больше углерода (до 0,7-0,8% углерода), тем больше твёрдость. Если содержание углерода <0,3%, то сталь подвергают насыщению (цементации). После цементации выполняют закалку с низким отпуском. В результате поверхностный слой – твердый, сердцевина – мягкая.

Отжиг и нормализация стали, их назначение и способы осуществления. Дефекты, возникающие при термообработке стали, их причины и методы устранения.

Отжиг выполняют чаще всего применительно к заготовкам. Основная задача – улучшение обрабатываемости. Отжиг – операция предварительной термообработки.

Рекристаллизационный отжиг применяют после пластической деформации для снятия наклёпа. t рекристаллизационного отжига для сталей 500…550ºС, медленное охлаждение.

Для доэвтектоидных сталей для измельчения зерна, снятия внутренних напряжений применяют полный отжиг. Нагрев на 30-50ºС выше Ас3, охлаждение с печью до 500…600ºС, затем на воздухе. Скорость охлаждения с печью – 50ºС/час.

Низкоуглеродистые (<0,3% углерода) стали подвергаются нормализации вместо отжига. Охлаждение на воздухе. После нормализации сталь более твёрдая и прочная, чем после полного отжига.

Заэвтектоидные стали подвергают неполному отжигу. Нагрев на 30-50ºС выше Ас1, выдержка, охлаждение до с печью до 500…600ºС, далее на воздухе.

Иногда используют диффузионный (гомогенизирующий) отжиг. Нагрев до 1050…1200ºС с длительной выдержкой. Цель: устарнение ликваций. При диффузионном отжиге происходит рост зерна (уменьшается комплекс механических свойств). После диффузионного отжига для измельчения зерна применяют полный или неполный отжиг.

Дефекты:

1) Перегрев

Дефект связан с укрупнением зерна после термообработки. Крупное зерно снижает ударную вязкость. Укрупнение зерна происходит чаще из-за завышенной t нагрева для термообработки. Устранение – повторный нагрев под закалку до необходимой t.

2) Пережог

В пережога резка увеличивается хрупкость из-за длительного нагрева при повышенной t. В окислительной среде кислород диффундирует внутрь изделия, границы зерён окисляются. Дефект неустраним.

3) Повышенная твёрдость

Возникает из-за заниженной t отпуска. Устранение – дополнительный отпуск при более высокой t.

4) Пониженная твёрдость

Возникает из-за низкой t нагрева под закалку, неверно выбранной среды охлаждения, завышенной t отпуска. Устранение – повторно выполнить закалку с соблюдением всех необходимых условий.

5) Трещины после окончательной термообработки

Возникают из-за неправильно выполненного охлаждения (легированные, высокоуглеродистые стали в воде).

6) Чрезмерное окисление и обезуглероживание поверхности (пониженная твёрдость)

Возникает из-за чрезмерной длительности нагрева. Устранение – нагрев в соляных ваннах.

Химико-термическая обработка сталей. Цементация, азотирование, борирование, хромирование, алитирование, силицирование. Двухкомпонентное еасыщение сталей (углеродом и азотом – нитроцементация, цианирование и др.).

Цементация – самый распространённый процесс (насыщение углеродом). Подвергают цементации низкоуглеродистые стали. Цементация осуществляется в газовых и твёрдых порошковых средах. Проводят при 900…950ºС. Диффузия углерода идёт в аустенит, причём в аустените может раствориться до 2,14% углерода. Чем выше t, тем больше должно быть углерода. Длительность цементации – 8-12 часов. После остывания детали содержание углерода на поверхности максимальное, далее – плавное уменьшение (в сердцевине менее 0,3%). Структура на поверхности – П+ЦII. Сталь 20 практически не упрочняется закалкой, но при содержании углерода >0,4% эффект от закалки значительный. После цементации детали подвергают закалке и низкому отпуску. После закалки твёрдость поверхности – более 60 HRC, сердцевины – менее 25 НRC. Сочетание высокой твёрдости и мягкой сердцевины увеличивают надёжность, если стали работают в условиях ударной вязкости. При возникновении трещин, они задерживаюся в вязкой и пластичной сердцевине. Разовая цементация осуществляется в среде углеродосодержащих газов, которые при 900…950ºС диссоциируют (СnHm→С+Н). Цементация в твёрдом карбюраторе: сталь с порошком помещают в огнеупорный ящик и ставят в печь с t 900…950ºС. Затем охлаждение, закалка и низкий отпуск. Применяют для изготовления деталей зубчатых зацеплений и др.

Азотирование – второй по распространённости процесс. t около 500…600ºС (на уровне высокого отпуска). Азотирование деталей проводят после закалки, после азотирования термообработку не проводят. Для азотирования используют специальные печи, в которые подают аммиак. Азот абсорбируется на поверхности и внедряется внутрь детали. Твёрдость меньше, чем у мартенсита. Азотирование углеродистых сталей проводят крайне редко. Нитриды хрома, алюминия, вольфрама значительно твёрже мартенсита, и после азотирования твёрдость существенно увеличивается в случае легированных сталей. Под азотирование есть специальные стали с определённым комплексом легирующих элементов – нитраллои (38Х2МЮА). Длительность азотирования – не менее 20 часов (до 70 часов). Процесс очень длительный – диффузия при низкой t проходит крайне медленно. За 20 часов образуется азотированный слой 0,2 мм. Твёрдость измеряют прибором микротвёрдости. После закалки твёрдость максимальна – 8 ГПа, после азотирования – 11 ГПа. Твёрдость углеродистых сталей после азотирования – 6 ГПа. На крупных заводах иногда используют ионно-плазменное азотирование. В случае ионного азотирования процесс идёт на 20-30% быстрее. Азотирование используется для повышения износостойкости деталей. Реже используют антикоррозионное азотирование. Для этого по специальным режимам на поверхности получают коррозионностойкую фазу.

Борирование (насыщение бором) – наиболее эффективный процесс для повышения износосиойкости. Твёрдость на поверхности: FeB (внешняя зона) – 17-19 ГПа, Fe2B (внутренняя зоня) – 13-15 ГПа. Износостойкость увеличивается в 10 раз. При малых давлениях с большими скоростями скольжения борирование очень эффективно. Бориды FeB, Fe2B очень хрупкие (Fe2B в 2 раза более хрупкий, чем FeB). Более эффективно проводить борирование Fe2B (будет менее хрупкая деталь). Проводят при 900…950ºС около 4-6 часов с получением слоев 0,1-0,15 мм. При более значительной толщине слоев возможно выкрашивание (это плохо) – т.к. слои хрупкие. Твёрдость боридов не зависит от термообработки. Закалку борированных деталей делают для упрочнения сердцевины (неборированной). Борировать можно в порошковых средах с использованием герметичных контейнеров из окалиностойкой стали. Есть жидкостное борирование, электролизное, безэлектролизное. Элктролизное – более высокая скорость образования слоёв. В случае крупногабаритных деталей используются борирующие «обмазки». Обмазки защищают сталь от окисления и обезуглероживания. Борирование можно совмещать с нагревом под закалку. Стойкость детали увеличивается в 2-3 раза. Затраты на обмазку – незначительные.

Хромирование проводят диффузионным путём при 1000…1200ºС в порошковой среде в жаростойких контейнерах. На поверхности стали образуются карбиды хрома Cr23C6, Cr7C6 (наиболее высокотвёрдые соединения). Микротвёрдость 18-20 ГПа. Диффузионный слой 0,03 мм. Хромирование обеспечивает износостойкость, коррозионностойкость и окалиностойкость. Твёрдость хромированного слоя не зависит от термообработки. Но термообработку проводят для повышения свойств сердцевины.

Алитирование (насыщение алюминием) в основном проводят для повышения окалиностойкости (наиболее эффективный метод). Реже используется для коррозионной защиты. Окалиностойкость 1100ºС. Твёрдость небольшая 5 ГПа. Высокие защитные показатели свойств за счёт образования на поверхности Al2O3 с плотной кристаллической решёткой (защитная плёнка). Проводят при 900…950ºС около 4-6 часов в порошковых смесях в герметичных контейнерах.

Силицирование (насыщение кремнием) проводится для повышения окалиностойкости и коррозинностойкости. t насыщения 900…950ºС в порошковых смесях.

В промышленности часто используют двухкомпонентное насыщение – нитроцементация, цианирование, карбонитрация, никотрирование.

Нитроцементация – наиболее распространенный процесс, наиболее близкий к цементации. Проводится при 870…880ºС. В поверхность диффундируют углерод (в основном) и азот (ускоряет диффузию углерода). Толщина слоёв такая же, как и после цементации. После нитроцементации проводят закалку и низкий отпуск. В основном нитроцементации подвергают низкоуглеродистые стали. На крупных заводах процесс осуществляют в газовых средах на основе углеродосодержащих газов с небольшим количеством аммиака. Длительность около 10 часов. Но его сложнее осуществить из-за строго количества газа (двух газов).

Цианирование – насыщение углеродом и азотом при 500ºС, диффундируют азот (в основном) и немного углерод. По структуре близко азотирование. Преимущества – диффузионные слои сильнее сопротивляются выкрашиванию,хрупкому разрушению (меньше хрупкость). Осуществляют в расплавах цианистых солей. КCN – цианистый калий, NaCN – цианистый натрий. При производстве требуются серьёзные меры защиты человека.

Карбонизация – то же, что и цианирование, только соли не ядовитые. Добавляются карбонаты калия, натрия. Есть способы порошкового насыщения азотом и углеродом. Очень эффективны боросилицирование, борохромирование (двухкомпонентное). Двухкомпонентное насыщение – лучший комплекс свойств деталей, но проводится более сложным образом. Боросилицирование проводят для повышения износостойкости.

Распределение легирующих элементов в стали, их влияние на свойства структурных составляющих, полиморфизм железа, кинетику распада аустенита, мартенситное превращение, рост зерна аустенита, превращение при отпуске.

Легирующие элементы могут образовывать в сталях твёрдые растворы различных типов (растворяются в Ф, А, Ц). Могут образовывать специальные карбиды. Всегда карбид железа (цементит), если образуются карбиды ванадия, вольфрама, хрома и т.д. Может образовываться соединение металлов с металлами (редко встречается). Легирующие элементы есть в чистом виде, но это очень редко.

Все легирующие элементы, растворяясь в Ф, повышают твёрдость и прочность, но снижается пластичность и вязкость (кроме никеля, он повышает всё). Сильно упрочняет феррит – кремний. Листовые стали для штамповки не должны содержать кремния (стали не расщепляют). Растворяясь в Ц, легирующие элементы также повышают твёрдость и прочность (влияние не сильно заметно, Ц сам по себе твёрдый и прочный). Образование специальных карбидов очень важно для свойств сплава (Cr2C3, WC, W6C, Mo6C, VC, T6C). Карбид железа – микротвёрдость 10 ГПа (самая большая в диаграмме Fe-C). Специальные карбиды намного твёрже. Наиболее твёрдые – карбиды ванадия и титана (до 23 ГПа). Карбиды хрома – 18-20 ГПа. Чем больше специальных карбидов, тем выше износостойкость (эффект увеличивается, если карбид мелкозернистый и равномерно распределён). В реальных условиях образуются сложные карбиды. Элементы, образующие в сталях специальные карбиды – карбидообразующие (кроме кремния и бора, бор не образует). Интерметаллиды – соединения металлов с металлами (в дорогостоящих особых высоколегированных сталях: мартенситно-стареющие, жаропрочные и др.).

Растворение в А – также упрочняющее воздействие. А – высокотемпературная составляющая.

Влияние на полиморфизм железа.

Железо имеет 2 полиморфные модификации – А(ГЦК) и Ф(ОЦК). Ленирующие элементы можно разделить на 2 группы по влиянию на свойства:

а) расширяют область образования А (азот, марганец, кобальт)

б) сужают область образования А (вольфрам ванадий, титан, кремний)

При большом содержании азота, марганца сталь может быть аустенитной при 20ºС. Также влияет содержание углерода. Аустенит не обладает ферромагнитыми свойствами (детали не притягиваются магнитом). Наиболее распространённые нержавейки – аустенитные стали.

Кинетика распада аустенита.

1-2 – преврашение

Мп – начало мартенситного превращения

Vкр – критическая скорость охлаждения.

Все (кроме кобальта) легирующие элементы сдвигают с-образные кривые вправо. Уменьшается критическая скорость. Уменьшение критической скорости позволяет проводить закалку с меньшей скоростью охлаждения. В сталях меньше деформаций и напряжений, меньше коробление. Легированные стали охлаждаются в масле, углеродистые – в воде (вода охлаждает на 70% быстрее). Уменьшение критической скорости увеличивает прокаливаемость (глубину закалённого слоя). Из легированных сталей можно делать более крупные изделия с мартенситной структурой. Если легирующих элементов очень много, то закалка может проходить на воздухе. Стали этого класса – мартенситные (более 10% легирующих элементов).

Мартенситное превращение.

Все (кроме кобальта и алюминия) легирующие элементы снижают температуры начала и конца образования мартенсита. У углеродистых сталей температура конца образования М равно 0 (0,5% углерода). При большем содержании углерода, температура меньше 0. Снижение температур начала и конца образования М приводит к увеличению аустенита остаточного в структуре стали.

А – мягкий, пластичный. Снижает твёрдость и прочность после закалки. При очень большом содержании легирующих элементов температура начала образования М может быть отрицательной. После закалки – сталь аустенитная (мягкая и пластичная). Её можно резать, прессовать. Готовые детали потом обрабатывают холодом (до температур ниже конца образования мартесита). Есть установки, где охлаждение проводят в жидком азоте (t испарения -196ºС).

Рост зерна аустенита.

Легирующие элементы в большинстве случаев растворяются в аустените, образуя твердые растворы замещения. Легированные стали требуют более высоких температур нагрева и более длительной выдержки для получения однородного аустенита, в котором растворяются карбиды легирующих элементов.

Малая склонность к росту аустенитного зерна – технологическое преимущество большинства легированных сталей. Все легирующие элементы снижают склонность аустенитного зерна к росту, кроме марганца и бора. Элементы, не образующие карбидов (кремний, кобальт, медь, никель), слабо влияют на рост зерна. Карбидообразующие элементы (хром, молибден, вольфрам, ванадий, титан) сильно измельчают зерно.

Превращения при отпуске.

Анализ превращений при отпуске – делатометрическая кривая.

Все легирующие элементы сдвигают стадии I-IV в область более высоких температур. Наиболее существенно сдвигают стадии карбидообразоющие элементы (хром, вольфрам, молибден, титан). Увеличивается красностойкость стали (сохраняется твёрдость при высоких температурах нагрева).

Высоколегированные стали при 500…550ºС могут иметь такую же твёрдость, как после закалки (60-62 HRC). Углеродистые стали (У8) после закалки – 62-64 HRC, после отпуска при 550ºС – 30 HRC. Для углеродистых сталей 180…250ºС – низкий отпуск, для высоколегированных – 550ºС (быстрорежущие стали: 4% хрома, 1,5% ванадия, 0,8% углерода). Твёрдость 60-62 HRC.

infopedia.su

Изотермическая закалка стали | Термообработка металла

Закалку по этому способу выполняют в основном так же, как и ступенчатую, но в данном случае предусматривается более длительная выдержка выше точки Мн. При такой выдержке происходит распад аустенита с образованием нижнего бейнита. Для углеродистых сталей изотермическая закалка не дает существенного повышения механических свойств по сравнению с получаемыми обычной закалкой и отпуском.

У большинства легированных сталей распад аустенита в промежуточной области не идет до конца. Если аустенит, не распавшийся при изотермической выдержке, не претерпевает мартен- ситного превращения при дальнейшем охлаждении, то сталь получает структуру: бейнит + 10 - 20 % остаточного аустенита, обогащенного углеродом. При такой структуре достигается высокая прочность при достаточной вязкости. Для многих сталей изотермическая закалка обеспечивает значительное повышение конструктивной прочности.

Если же большая часть аустенита, не распавшегося после окончания промежуточного превращения, при последующем охлаждении претерпевает мартенситное превращение, то изотермической закалкой нельзя получить высокие механические свойства. В этом случае резко снижается сопротивление хрупкому разрушению.

Закалка конструкционной стали

Конструкционные легированные стали (0,3-0,5 % С) приобретают оптимальные механические свойства в результате изотермической закалки с выдержкой в нижней части промежуточной зоны изотермического распада аустенита (несколько выше точки МН). Продолжительность выдержки в закалочной среде зависит от устойчивости аустенита при температурах выше точки Мн, определяемых диаграммой изотермического распада аустенита для данной стали.

В качестве охлаждающей среды при ступенчатой и изотермической закалке чаще применяют расплавленные соли в интервале температур 150-500 °С, например 55 % KN03 и 45 % NaN02 (или NaN03), а также расплавленные щелочи (20 % NaOH и 80 % КОН). Чем ниже температура соли (щелочи), тем выше скорость охлаждения в ней. Поскольку расплавленные соли охлаждаются только вследствие теплоотдачи, то охлаждающая способность их возрастает при перемешивании. Добавление воды (3 - 5 %) в расплавы едких щелочей или в селитру (0,2-1,2 %) с помощью специального приспособления при погружении в них нагретого для закалки изделия вызывает кипение и увеличение скорости охлаждения в области температур перлитного превращения. Скорость охлаждения возрастает при температуре 400-450 °С в 4-5 раз, а при температуре 300 °С - в 2 раза.

Охлаждение в расплавах едких щелочей, если предварительно детали нагревались в расплавленных солях (т. е. солях, не вызывающих окисления), позволяет получить чистую поверхность светло-серого цвета. Закалку по этому способу называют светлой.