1.3 Технология закалки углеродистой стали. Закалка сталей

Закалка сталей

Закалка и отпуск проводятся в комплексе с целью повышения механической прочности и твердости и сохранения достаточно вязкой структуры.

Закалка— это нагрев стали на 30–50° Свыше температуры фазовых превращений, выдержка при этой температуре и последующееочень быстроеохлаждение в воде или в масле. Полученные при быстром охлаждении структуры являются нестабильными, они представляют собой различные стадии превращений аустенита (мартенсит, тростит, сорбит).

Процесс закалки сталей всегда был окутан мистикой, т. к. человек не знал процессов, происходящих при этом. Вспомним тайну булата. Еще до новой эры изготовляли булат (дамасская сталь), потом секрет был утерян, и только русский металловед П. П. Аносов в 1833 году в городе Златоусте открыл секрет. Оказывается — здесь комплекс воздействий на металл: нагрев до определенной температуры, выдержка (насыщение поверхности лезвия углеродом в кузнечном горне), поэтапная ковка и закалка в несколько приемов. В итоге получается вязкая середина и высокая поверхностная твердость лезвия клинка из-за насыщения поверхности углеродом и закалки.

В середине XVIIвека «по неведению» из Англии возили воду в Америку, чтобы добиться таких же результатов закалки, как и в Англии. И вообще был даже арабский рецепт закалки такого рода: нагреть кинжал до каления, охладить до цвета царского пурпура, погружая его в тело мускулистого раба. Считали, что сила раба перейдет в кинжал и придаст ему твердость. Также были английские патенты с рекомендацией добавления в охлаждающую воду полевых цветов.

Доэвтектоидные стали (конструкционные стали) при закалке нагревают на 30–50° Свыше точкиАс3; феррит и перлит образуют однородный твердый раствор аустенита. Если охлаждение металла проводить медленно, то будут происходить обычные фазовые превращения в соответствии с диаграммой железо–углерод.При очень быстром охлаждении аустенитне успеваетизменить свою фазу при температурах ниже 727° С, а в диапозоне температур 300–350° Си ниже с ним происходят так называемые аустенитные превращения и образуетсямелкоигольчатый мартенсит. Это будет полная закалка. А если нагреть сталь в интервалеАс1–Ас3, то будет неполная закалка (частичная перекристаллизация стали).

Эвтектоидные и заэвтектоидные стали также нагревают до температуры на 30–50° СвышеАс1, выдерживают и быстро охлаждают. В заэвтектоидной стали будет мартенсит, вторичный цементит и остаточный аустенит (неполная закалка).

Нагревать деталь надо постепенно и равномерно, чтобы не было внутренних напряжений, трещин и разрушений. Однако медленный нагрев — это снижение производительности, обезуглероживание и окисление поверхности.

Чем больше углерода и легирующих элементов в стали, чем сложнее форма, тем медленнее надо нагревать деталь.

Предохранение от окисления металла проводится путем использования защитной газовой среды (CO2,N…) или вакуумных печей.

Охлаждение должно иметь большую скорость в пределах 650–500° С(чтобы не было распада аустенита на смесь феррита и цементита) и проходить более медленно при 300–200° С, т. к. в этой области при образовании мартенсита возникают большие внутренние напряжения.

Вода очень хорошо охлаждает деталь в интервале 650–550° С, но и слишком быстро в интервале 300–200° С, поэтому для закалки высокоуглеродистых и легированных сталей применяют минеральные масла.

Изделия сложной формы закаливают в двух различных жидких средах или прерывистой закалкой (перенос в другую охлаждающую среду).

Закалка с самоотпуском. «Главными» инструментами в строительстве пока являются лом, зубило, кувалда и молоток, которые должны иметь высокую твердость на поверхности и сравнительно вязкую сердцевину. Их охлаждение при закалке ведут не до конца, поэтому за счет тепла внутренних слоев детали происходит отпуск (самоотпуск) металла.

Поверхностная закалка. Нагрев поверхности металла проводится токами высокой частоты (т. в. ч.), газовыми горелками и плазмой. При поверхностной закалке уменьшается коробление детали и практически нет окалины. В итоге образуется вязкая середина и твердая поверхность. Причем твердость поверхности будет выше, чем при обычной закалке.

Закалка с последующей обработкой холодомпроводится для высокоуглеродистых сталей, у которых температура мартенситного превращения сталей находится в отрицательной области температур.

При химико-термическойобработке (ХТО) сталей изменяется химический состав, структура и свойства поверхностного слоя. В результате ХТО упрочняется поверхностный слой (повышаются твердость и прочность, износостойкость).

Виды ХТО: цементация (насыщение поверхности углеродом), азотирование (насыщение азотом), цианирование (насыщение азотом и углеродом), металлизация, хромирование, борирование и др.

При цементации науглероживают поверхность на глубину 0,5–2 мм до повышения содержания углерода на 0,75–1,2 %. Цементация проводится в твердых (древесный уголь), газовых (природный газ, смеси газов) и жидких средах.

Азотирование— это насыщение стали или чугуна азотом. Чаще всего оно проводится в атмосфере аммиакаNh4. Процесс азотирования очень длителен, так, насыщение азотом на глубину 0,5 мм надо проводить не менее 60 часов.

Эффективно цианирование(твердое, газообразное и жидкое) мелких и средних деталей (шестерни, поршни, кольца, валики и др.).

studfiles.net

28. Закалка. Виды закалок.

Закалка– нагрев стали выше температуры фазовых превращений с последующим охлаждением по определённому режиму для получения нужной структуры и повышения твердости и прочности.

Процесс закалки стали заключается в ее нагреве до определенной температуры (на 30…50° выше линии GSKпо диаграммеFе -Fе3С), выдержке и последующем быстром охлаждении в воде, масле, расплавленных солях или других средах.

Доэвтектоидные стали надо на­гревать примерно на 30...50° выше критической точки Ас3 (линияGS):tзак= Ас3+ 30…50°С

Заэвтектоидные стали следует нагревать под закалку выше Ас1(линияSK) на 30...50°.

Масла имеют скорость охлаждения в интервале мартенситного превращения в 10 раз меньшую, чем вода, что уменьшает возможность возникновения дефектов при закалке.

Существуют следующие виды закалок:

Закалка в одном охладителе— самая распространен­ная - нагретое до температуры закалки изделие погружают в охлаж­дающую среду до полного охлаждения. (угле­родистые стали в воде, а легированные стали - в масле). Этот способ прост, но может вызвать значительные внутренние на­пряжения.

Прерывистая закалка (закалка в двух средах)при­меняется для предупреждения появления внутренних напряжений в изделии. Этот способ используют при закалке крупных изделий из конструк­ционной углеродистой и низколегированной стали. Нагретое до нужной температуры изделие сначала резко охлаждают в воде до 300...200 °С, затем переносят в масло или на воздух, где оно медленно охлаждается. Недостаток - трудность регулирования времени вы­держки.

Ступенчатая закалка- на­гретое изделие охлаждают, погружая в соляную ванну, температура которой превышает температуру начала мартенситного превращения данной стали. Затем изде­лие выдерживают в ванне для выравнивания темпера­туры по всему его объему и охлаждают на воздухе до нормальной температуры, что снижает внутренние на­пряжения. Её приме­няют для тонких стальных изделий из углеродистой стали.

Закалка с самоотпуском (закалка по цветам побежалости)заключается в том, что изделие охлаждают от температуры закалки в охлаждающей среде только в течение времени, которое необходимо для его прока­ливания на определенную глубину. Дальнейшее охлаж­дение идет на воздухе. При этом осуществляется отпуск за счет теплоотдачи из внутренних слоев изделия. Дан­ный способ применяют для закалки ударного инстру­мента (зубила, кузнечный инструмент и др.).

Поверхностная закалкаприменяется для увеличения износостойкости, твёрдости и прочности деталей, воспринимающих ударную нагрузку (зубчатые колеса, валы и др.). Она включает нагрев по­верхностного слоя изделия до температуры закалки и охлаждение для получения мартенситной структуры в поверхностном слое при сохранении вязкой сердцевины.

Различают следующие виды нагрева при поверхност­ной закалке: нагрев пламенем газовой горелки и нагрев токами высокой частоты.

29. Отпуск. Виды отпуска.

Отпуск— это нагрев закаленной стали до температуры ниже критической Ас1, выдержка при этой температуре и последующее охлаждение (обычно на воздухе).

Различают следующие виды отпуска: низкий, средний, высокий.

Низкий отпуск- нагрев закаленной стали до 250°С для снижения внутренних напряжений при сохранении высокой твердости. Его применяют для инструментов и изделий, которые должны обладать высокой твердостью и износостойкостью. Получаемая структура – мартенсит отпуска.

Средний отпуск - нагрев закаленной стали до 350...450°С, который приводит к пони­жению твердости и повышению вязкости стали по срав­нению с низким отпуском. Получаемая микроструктура троостит. Его применяют для пру­жин, штампов, рессор, ударного инструмента и др.

Высокий отпуск— нагрев закаленной стали до 450...650°С, который способствует по­лучению наибольшей вязкости при сохранении доста­точно высокой прочности. Твердость закаленной стали сильно снижается и обра­зуется структура сорбит. Закалку деталей машин на мартенсит с последую­щим высоким отпуском на сорбит назы­вают улучшением. Сорбит отпуска с зернистой формой цементита имеет более высокие показатели прочности и вязкости, чем сорбит закалки с пластинчатой формой цементита.

Обработка холодом- заключается в обработке закаленных изделий холодом при температурах порядка - 80°С и ниже. Об­работка холодом основана на том, что остаточный аустенит, находящийся в структуре закаленной стали при низких температурах, распадается в результате возникновения внутренних на­пряжений. Данный метод повышает твердость режущего инструмента, стабилизирует размеры измерительных ин­струментов и др. В промышленности применяют спе­циальные установки, в которых охладителями служат жидкий кислород (-183 °С), жидкий азот (-195 °С), смесь из твердой углекислоты (сухой лед) с денатурированным спиртом (-78,5 °С).

studfiles.net

1.3 Технология закалки углеродистой стали

Нагрев стали под закалку

Температура, до которой необходимо нагреть сталь зависит от её состава (содержания углерода), значит от положения критических точек: доэвтектоидные стали нагревают до температуры на 30–50оС выше критической точки А3 – полная закалка (рисунок 10). При этой температуре сталь будет содержать только аустенит. Закалка с температур в интервале А1 – А3 (неполная закалка) недопустима, так как в структуре будет присутствовать избыточный феррит, что значительно снизит твёрдость закалённой стали.

Заэвтектоидныестали подвергаются неполной закалке, т. е. нагреваются до температуры на 35 – 60оС выше критической точки А1. При этом в структуре стали наряду с аустенитом будет присутствовать ивторичный цементит, а его твёрдость превышает твёрдость мартенсита. Нагрев до температур выше Аcmвреден, так как твёрдость при этом не возрастает, но укрупняется аустенитное зерно, обезуглероживается поверхность и растут закалочные напряжения.

Нагрев стали под закалку и выдержка при заданной температуре.

Условия нагрева изделий под закалку определяются имеющимися нагревательными устройствами. С точки зрения производительности его надо осуществлять с максимальной скоростью. При этом быстрый нагрев уменьшает окалинообразование, обезуглероживание и рост аустенитного зерна. Однако необходимо учитывать возникающие перепады температур по сечению изделия, которые могут привести к возникновению значительных термических напряжений, и как следствие, коробление и образование трещин.

Рисунок 10 – Интервал температур нагрева под закалку углеродистых сталей

Допускаемая скорость нагрева может быть тем выше, чем:

а) однороднее микро- и макроструктура стали;

в) проще конфигурация изделия;

г) равномернее подвод тепла.

Из производственного опыта обычно выбирают скорость нагрева в печах 0,8 – 1 мин. на 1 мм сечения изделия. Скорость нагрева легированных сталей уменьшают на 25 – 40% из-за их меньшей теплопроводности.

Продолжительность выдержки при температуре нагрева должна быть таковой, чтобы изделие равномерно прогрелось по всему сечению и прошла гомогенизация аустенита. Из практических данных время выдержки при заданной температуре принимают равным 1/5 от времени нагрева.

Чаще всего нагрев под закалку и выдержку при заданной температуре осуществляют на воздухе. Это влечёт за собой ряд нежелательных процессов:

1. Окисление поверхности детали и образование окалины, что приводит к:

а) изменению размеров и необходимости увеличивать припуски на механическую обработку;

б) вводить дополнительные операции по очистке деталей;

в) препятствует получению высокой и равномерной твёрдости.

2. Обезуглероживание приводит:

а) к появлению на поверхности деталей мягких пятен при закалке;

б) к возникновению растягивающих напряжений в поверхностном слое, которые резко снижают усталостную прочность.

Для предотвращения этих явлений используются контролируемые атмосферы, которые получают при неполном сгорании углеводородных газов. Состав этих атмосфер регулируют используя при горении различные коэффициенты избытка воздуха α = 0,25 – 0,95. Такие атмосферы могут не только защитить от окалинообразования и обезуглероживания, но при необходимости проводить восстановление и науглероживание поверхности изделий.

Охлаждение при закалке.

Охлаждение это наиболее ответственная операция в процессе закалки. Режим охлаждения должен обеспечить необходимую глубину прокаливаемости и не допустить больших закалочных напряжений, приводящих к короблению и образованию трещин.

Закалочные напряжения складываются из термических и структурных напряжений.

Термические напряжения возникают из-за перепада температур по сечению изделия. Их обуславливает разная величина термического сжатия наружных и внутренних слоёв при охлаждении.

Структурные (фазовые) напряжения связаны с процессом образования из аустенита мартенсита. Этот процесс протекает в разных точках изделия не одновременно, к тому же объём мартенсита на несколько процентов больше объёма аустенита.

Суммарные закалочные напряжения растут с увеличением температуры нагрева под закалку и с повышением скорости охлаждения, так как в обоих этих случаях возрастает перепад температур по сечению изделия.

Идеальная кривая охлаждения представлена на рисунке 11 (кривая 1). На первом этапе скорость охлаждения должна быть по возможности не большой, чтобы не появились значительные термические напряжения. Аустенит при этих температурах достаточно устойчив. Наименьшую устойчивость аустенит имеет в области температур 650 – 400оС, поэтому на второй стадии необходимо быстрое охлаждение, чтобы аустенит не распался на феррито-цементитную смесь – перлит, сорбит, троостит. Твёрдость этих структур значительно меньше твёрдости мартенсита, а отличаются они друг от друга температурой образования и дисперсностью составляющих их фаз. Перлит самая крупнодисперсная, а троостит самая мелкодисперсная структура. Когда температура достигает точки Мн начинается мартенситное превращение и возникают структурные (фазовые) напряжения. Поэтому на третьей стадии скорость охлаждения необходимо снизить, чтобы избежать закалочных дефектов.

1 – идеальный режим охлаждения; 2 – непрерывная закалка в одном охладителе; 3 – прерывистая закалка в двух охладителях; 4 – ступенчатая закалка; 5 – изотермическая закалка

Рисунок 11 – Схема режимов охлаждения при различных способах закалки

Закалочные среды

В качестве закалочных сред широко используют холодную воду, растворы NaOH и NaCl, минеральное масло, однако ни одна из них не является идеальной. В таблице 1 приведены значения относительной интенсивности охлаждения различных закалочных сред.

Таблица 1 – Относительная интенсивность охлаждения закалочных сред

Холодная вода – самый дешёвый и весьма энергичный охладитель. Она быстро охлаждает и в перлитном и в мартенситном интервале температур, последнее является её главным недостатком, так как вызывает закалочные дефекты.

Водные растворы NaOH и NaCl – обладают наиболее высокой и равномерной охлаждающей способностью. Её можно менять в широких пределах изменяя концентрацию и температуру растворов.

Минеральное масло – медленно охлаждает и в перлитном и в мартенситном интервале температур. Медленное охлаждение в перлитном интервале является недостатком, а медленное охлаждение в мартенситном интервале – преимуществом этой охлаждающей среды. Перепад температур между поверхностью и центром изделия значительно меньше, чем при охлаждении в воде и в водных растворах. Недостатком масла является повышенная воспламеняемость и стоимость.

Способы закалки

Наиболее широкое распространение получила закалка в одном охладителе – непрерывная закалка (рисунок 11, кривая 2). Во многих случаях во избежании закалочных дефектов, для изделий сложной формы, когда необходимо уменьшить деформации применяют другие методы закалки.

Закалка в двух охладителях (рисунок 11, кривая 3) используют для уменьшения скорости охлаждения в мартенситном интервале температур. Вначале деталь погружают в воду и после короткой выдержке переносят в масло. Быстрое охлаждение в воде предотвращает перлитное превращение, а последующее замедленное охлаждение в масле уменьшает закалочные напряжения в мартенситном интервале.

При таком способе закалки очень трудно определить время выдержке в воде, продолжительность которой необходимо устанавливать для каждого конкретного изделия опытным путём.

Ступенчатая закалка (рисунок 11, кривая 4) также используется для уменьшения скорости охлаждения в области мартенситного превращения. Нагретое по закалку изделие быстро погружают в ванну с горячей средой (например, расплав олова и свинца, расплавы солей), температура которой на 20 – 30оС выше точки Мн. Затем после некоторой выдержки охлаждают на воздухе или в масле. При этом происходит выравнивание температур по сечению изделия при выдержке в горячей среде. После этого мартенситное превращение происходит при медленном охлаждении и по всему объёму, что уменьшает закалочные напряжения. Ступенчатая закалка также более проста в исполнении, чем закалка в двух охладителях.

Основным недостатком ступенчатой закалки является малая скорость охлаждения в горячей среде, поэтому применение её к углеродистым сталям ограничено изделиями небольшого сечения (до 8 – 10-ти мм толщиной).

Изотермическая закалка (рисунок 11, кривая 5) – проводится также как и ступенчатая закалка, но в данном случае предусматривается более длительная выдержка выше точки Мн. При такой выдержке происходит распад аустенита на бейнит (продукт промежуточного превращения). При такой структуре достигается высокая прочность при достаточной вязкости.

В качестве охлаждающей среды, применяют расплавленные соли (KNO3, NaNO3) и щёлочи (NaOH, KOH) в интервале температур 150 – 500оС.

В закалённой стали всегда присутствует остаточный аустенит, который понижает твёрдость, износостойкость, а в результате самопроизвольного превращения в мартенсит при работе в условиях низких температур, приводит к изменению размеров. Для уменьшения количества остаточного аустенита проводят обработку холодом (предложенную

А.П. Гуляевым в 1937 году). Обработка холодом даёт эффект, когда точка Мк лежит ниже нуля, при этом увеличивается твёрдость и стабилизируются размеры изделий. Поэтому обработка холодом проводится для измерительного инструмента, а также для режущего инструмента и штампов. Температура обработки не опускается ниже – 80оС, для этого обычно используют смесь сухого льда (твёрдый СО2) со спиртом.

Обработку холодом необходимо проводить сразу после закалки, так как в случае выдержки при комнатной температуре остаточный аустенит стабилизируется и эффект обработки снижается.

На практике часто возникает необходимость получать стальные дета­ли, обладающие высокой твёрдостью и износостойкостью не по всему сече­нию, а лишь в отдельных частях, как правило - на поверхности. Для этого используются специальные методы закалки:

закалка с самоотпуском. Изделие выдерживают в закалочной ванне не до полного охлаждения. За счёт тепла, накопленного его внутренним объёмом, закалённая (охлаждённая) его часть вновь ра­зогревается до необходимой температуры отпуска. Это позволяет сочетать в изделиях высокую твёрдость и вязкость (молотки, зубила и т. д.).

поверхностная закалка. Этот вид закалки состоит в том, что осуществляется быстрый разогрев поверхностных слоёв детали, а после охлаждения твёрдый и износостойкий наружный слой сочетается с вязкой сердцевиной. Это обеспечивает изделию высокую динамическую проч­ность.

Для быстрого поверхностного нагрева могут использоваться ванны с расплавами солей, пламя ацетиленово-кислородных и газовых горелок (пламенная закалка), индукционный и лазерный нагрев. В настоящее время особенно широко используется именно индукционный нагрев -высоко­частотная или индукционная закалка. Этот метод отличается высокой производительностью, отсутствием окисления и обезуглероживания, возможностью точно задавать глубину закалённого слоя, минимальным ко­роблением изделия. Недостатком метода является высокая стоимость обору­дования и особенно индуктора, который должен приблизительно повторять форму детали. Поэтому индукционная закалка экономична лишь в крупносе­рийном и массовом производстве. Этого недостатка лишён лазерный нагрев поверхности изделий. Лазерное излучение, благодаря высокой кон­центрации энергии, поглощаясь поверхностью детали, быстро её нагревает до высоких температур. После прекращения облучения разогретый слой быстро остывает за счёт интенсивного отвода тепла во внутренние холод­ные области детали. Этот метод наиболее эффективен для поверхностной закалки изделий сложной формы.

studfiles.net

Закалка стали

Закалка стали

Закалкой стали называется операция термической обработки, заключающаяся в нагреве её по крайней мере выше критической точки Ac1(T.e. до аустенито-ферритного, аустенитного или аустенито-цементитного), выдержке и последующем охлаждении в различных средах с целью получения при комнатной температуре неустойчивых продуктов распада аустенита, а следовательно, повышения твёрдости и прочности.

Для углеродистых сталей точка Ас1 соответствует линии на диаграмме «железо-цементит» и составляет 727°С, В связи с тем, что нагрев ниже этой температуры не приводит к изменению исходной отожженной структуры стали, последующее охлаждение с любой скоростью так же не изменяет ни структуры, ни свойств стали. Следовательно такая операция не является закалкой.

В большинстве случаев основная цель закалки - повышение твёрдости и прочности - достигается превращением аустенита в одну из самых прочных структур - мартенсит. Его образование требует быстрого охлаждения с температуры закалки.

Выбор температуры закалки.

В зависимости от температуры нагрева закалка может быть полной и неполной.

В случае, если нагрев производится выше линии GSE диаграммы (точки асз и Аcm), то полученная при этом однофазная структура аустенита при охлаждении со скоростью больше некоторой критической превращается в чистый мартенсит. Такую закалку называют полной.

При неполной закалке нагрев стали осуществляется выше линии РSК(точка Ac1), но ниже линии GSE. При этом в доэвтектоидных сталях образуется структура аустенит + феррит, а в заэвтектоидных - аустенит + цементит. В таком случае даже охлаждение с очень высокой скоростью не может обеспечить чисто мартенситной структуры, так как избыточные фазы (феррит или цементит) сохраняются в структуре без изменений, В результате в доэвтектоидных сталях получается структура мартенсит + феррит, а в заэвтектоидных – мартенсит + цементит.

Твёрдость мартенсита, представляющего собой пересыщенный твёрдый раствор углерода в -железе, зависит от содержания в нём углерода (рис 1). В среднеуглеродистых и высокоуглеродистых сталях она составляет 55…65 НRС или 550…680НВ.

Феррит одна из самых мягких и малопрочных фаз в сталях. Его твёрдость не превышает 80...100 НВ. Цементит же - весьма твёрдая фаза (около 1000 HV или более 700 НВ). Следовательно присутствие избыточного феррита в структуре закалённой стали резко снижает её твёрдость, в то время как цементит способствует получению более высокой твёрдости.

Рис. 1 Зависимость твёрдости мартенсита от содержания углерода в стали.

Таким образом, для доэвтектоидных сталей целесообразно производить полную закалку на чистый мартенсит, а для заэвтектоидных - неполную, которая кроме мартенсита сохраняет в структуре некоторое количество цементита. Для эвтектоидной стали возможна только полная закалка.

Следует иметь в виду, что нагрев стали при закалке до температур, значительно превышающих критические точки Ac3 и Аcm, вообще не желателен, так как может привести к сильному обезуглероживанию и окислению поверхности деталей, укрупнению зерна аустенита и увеличению внутренних напряжений. В итоге после закалки с таких температур твёрдость поверхности оказывается заниженной, наблюдается повышенная деформация детали, получающийся мартенсит имеет грубое строение и обладает повышенной хрупкостью.

Всё это позволяет придти к выводу, что в зависимости от состава стали её нагрев под закалку целесообразно осуществлять до температур, лежащих на 30... 50 0С выше линии GSK (рис 2)

Рис. 2. Оптимальный интервал температур нагрева под закажу углеродистых сталей.

Скорость охлаждения при закалке

Структура и свойства закаленной стали в большей степени зависят не только от температуры нагрева, но и от скорости охлаждения. Получение закалочных структур обусловлено переохлаждением аустенита ниже линии PSK, где его состояние является неустойчивым. Увеличивая скорость охлаждения, можно обеспечивать его переохлаждение до весьма низких температур и превратить в различные структуры с разными свойствами. Превращение переохлажденного аустенита может идти как при непрерывном охлаждении, так и изотермически, в процессе выдержки при температурах ниже точки Ar1 (т.е. ниже линии PSK).

Влияние степени переохлаждения на устойчивость аустенита и скорость его превращения в различные продукты представляют графически в виде диаграмм в координатах «температура-время». В качестве примера рассмотрим такую диаграмму для стали эвтектоидного состава (рис 3). Изотермический распад переохлажденного аустенита в этой стали происходит в интервале температур от Ar1 (727 °С) до Мн (250 °С), где Мн -температура начало мартенситного превращения. Мартенситное превращение в большинстве сталей может идти только при непрерывном охлаждении.

Рис.3 Диаграмма распада аустенита для стали эвтектоидного состава.

На диаграмме (см. рис 3) нанесены две линии, имеющие форму буквы «С», так называемые «С-кривые». Одна из них (левая) указывает время начало распада переохлажденного аустенита при разных температурах, другая (правая) - время окончания распада, В области, расположенной левее линии начала распада, существует переохлажденный аустенит. Между С-кривыми имеется как аустенит, так и продукты его распада. Наконец, правее линии конца распада существуют только продукты превращения.

Превращение переохлажденного аустенита при температурах от Ar1 до 550 0С называют перлитным. Если аустенит переохлажден до температур 550...Mн, - его превращение называется промежуточным.

В результате перлитного превращения образуются пластинчатые структуры перлитного типа, представляющие собой феррито-цементитные смеси различной дисперсности. С увеличением степени переохлаждения в соответствии с общими законами кристаллизации возрастает число центров. Уменьшается размер образующихся кристаллов, т.е. возрастает дисперсность феррито-цементитной смеси. Так если превращение происходит при температурах, лежащих в интервале Ar1...650°C, образуется грубая феррито-цементитная смесь, которую называют собственно перлитом. Структура перлита является стабильной, т.е. неизменяемой с течением времени при комнатной температуре.

Все остальные структуры, образующиеся при более низких температурах, т.е. при переохлаждениях аустенита, относятся к метастабильным. Так при переохлаждении аустенита до температур 650...590°С он превращается в мелкую феррито-цементитную смесь, называемую сорбитом.

При ещё более низких температурах 590... 550 °С образуется тростит -весьма дисперсная феррито-цементитная смесь. Указанные деления перлитных структур в известной степени условно, так как дисперсность смесей монотонно возрастает с понижением температуры превращения. Одновременно с этим возрастают твёрдость и прочность сталей. Так твёрдость перлита в эвтектовдной стали составляет 180...22- НВ (8...19 HRC), сорбита - 250...350 НВ (25...38 НRС), тростита - 400...450 НВ (43...48HRC).

При переохлаждении аустенита до температур 550...МН он распадается с образованием бейнита. Это превращение называется промежуточным, так как в отличие от перлитного оно частично идет по так называемому мартенситному механизму, приводя к образованию смеси цементита и несколько пересыщенного углеродом феррита. Бейнитная структура отличается высокой твёрдостью 450...550 НВ.

Рис.4 Диаграмма распада аустенита для доэвтектоидной (а) и заэвтектоидной (б) сталей.

На диаграммах распада аустенита для доэвтектоидных и заэвтектоидных сталей (рис.4.) имеется дополнительная линия, показывающая время начала выделения из аустенита избыточных кристаллов феррита или цементита. Выделение этих избыточных структур происходит только при небольших переохлаждениях. При значительном переохлаждении аустенит превращается без предварительного выделения феррита или цементита, В этом случае содержание углерода в образовавшейся смеси отличается от эвтектоидного.

В случае непрерывного охлаждения аустенита с различной скоростью его превращение развивается не при постоянной температуре, а в некотором интервале температур. Для того, чтобы определить структуры, получающиеся при непрерывном охлаждении, нанесём на диаграмму распада аустенита кривые скорости охлаждения образцов углеродистой эвтектоидной стали (рис.5.).

Из этой диаграммы видно, что при очень малой скорости охлаждения V1 которая обеспечивается охлаждением вместе с печью (например, при отжиге), получается структура перлита. При скорости V2 (на воздухе) превращение идёт при несколько более низких температурах. Образуется структура перлит, но более дисперсный. Такая обработка называется нормализацией и широко применяется для малоуглеродистых сталей (иногда и для среднеуглеродистых) взамен отжига в качестве смягчающей.

Рис.5. Кривые распада аустенита при непрерывном охлаждении эвтектоидной стали.

При скорости V3 (охлаждение в масле) превращение аустенита идёт при таких температурах, которые обеспечивают получение сорбитной структуры, а иногда и троститной.

Если аустенит охлаждать с очень большой скоростью (V4), то он переохлаждается до весьма низкой температуры, обозначенной на диаграммах, как Мн. Ниже этой температуры происходит бездиффузионное мартенситное превращение, приводящее к образованию структуры мартенсита. Для углеродистых сталей такую скорость охлаждения обеспечивает, например, вода

В общем случае минимальная скорость охлаждения, при которой весь аустенит переохлаждается до температуры Мн и превращается в мартенсит, называется критической скоростью закалки. На рис.5, она обозначена, как Vкр и является касательной к С-кривой. Критическая скорость закалки - важнейшая технологическая характеристика стали. Она определяет выбор охлаждающих сред для получения мартенситной структуры.

Величина критической скорости закалки зависит от химического состава стали и некоторых других факторов. Так, например, у некоторых легированных сталей даже охлаждение на воздухе обеспечивает скорость больше критической.

При закалке на мартенсит необходимо учитывать, что эта структура имеет большой удельный объём и её образование сопровождается как заметным увеличением объёма закаливаемого изделия, так и резким увеличением внутренних напряжений, которые в свою очередь приводят к деформации или даже к образованию трещин. Всё это в сочетании с повышенной хрупкостью мартенсита требует проведения дополнительной термической обработки закалённых деталей - операции отпуска.

Также по теме:

Отпуск стали. Термообработка, обычно проводящаяся после закалки.

Свойства легированных сталей. Структура, свойства и применение.

svarder.ru

Что такое закалка стали, виды закалки металла и применяемая температура

Для придания металлам определённых качеств, например, прочности, их подвергают специальной термической обработке, которая называется закалка. Во время этого процесса металл подвергают нагреву при очень высоких температурах, при этом доводят сталь до критической точки, а затем быстро охлаждают. Для быстрого охлаждения стали могут применяться в качестве охладителя сжатый воздух, водяной туман, жидкая полимерная закалочная среда.

Это сложный вид обработки металла, так как при этом металл становится не только прочным, но и не таким вязким и эластичным, как до обработки. Чтобы металлическое изделие после закалки получило необходимые качества, применяют различные виды закалки. Каким бы способом ни производилась закаливание, необходимо соблюдать определённые меры безопасности.

1. Если деталь нужно опустить в масляную ванну, делать это только с помощью щипцов с длинными ручками.
2. Маски для лица использовать только с закалёнными стёклами.
3. Перчатки для работы должны иметь огнеупорные свойства.
4. Для изготовления одежды должна применяться огнеупорная ткань.

Способы закалки стали

Есть несколько видов закалки, выбор которых зависит от того, какой состав имеет металл, какой характер у обрабатываемой детали, насколько необходимо увеличить прочность материала и при каких условиях будет происходить охлаждение. Способы, при которых происходит обработка металла, также можно разделить на несколько подвидов.

Использование одной среды

Способ достаточно прост, но он подходит не для каждой марки стали и не для всех деталей. В данном случае используется быстрое охлаждение с большим интервалом температур. В процессе обработки возникает температурная неравномерность и большое внутреннее напряжение в материале, что может привести к деформации изделия и даже к его разрушению. Материал, который имеет большое содержание углерода в своём составе, не подходит для такой обработки.

Закалка металла в несколько ступеней

При этом методе сталь после нагрева до нужной температуры погружают в соляную ванну. Это помогает выровнять ее температуру. После этого деталь охлаждают до обычной температуры с использованием масла или воздуха. При этом способе снимается внутреннее напряжение и повышаются механические качества изделия. Такой способ подходит для обработки небольших деталей.

Изотермическая

Такой вид обработки производится почти так же, как и ступенчатая закалка, но при этом изделие выдерживают в соляной ванне более длительное время. При применении изотермической закалки на качества детали скорость охлаждения не влияет. Преимущества такого вида закаливания в том, что сталь практически не коробится и полностью отсутствуют трещины. Металл становится более вязким.

Светлая

Для этой процедуры используют специальные печи, которые имеют защитную среду. Перед тем как заложить инструмент в такую печь, его подвергают нагреву в соляной ванне, которая содержит хлористый натрий, а затем охлаждают в ванне, содержащей смесь едкого калия и едкого натрия с небольшим добавлением воды.

Закаливание с самоотпуском

Такой способ подходит для инструментального производства. Суть такого метода в том, что нагретые детали извлекают из среды для охлаждения до того, как они полностью остынут. Таким образом удаётся сохранить немного тепла в сердцевине детали. Именно это тепло даёт возможность производить отпуск изделия. Только когда он произведён, изделие полностью охлаждают при помощи специальной жидкости. Такая термическая обработка применяется для стали, которая идёт на изготовление инструментов, требующих высокой прочности при эксплуатации.

Способы, применяемые для охлаждения

При быстром охлаждении закалённая сталь приобретает внутреннее напряжение, которое со временем приводит к тому, что детали, изготовленные из нее, начинают коробиться, и в них могут появиться трещины. Эти отрицательные качества сталь может получить, если её охлаждать в воде. Лучше для охлаждения использовать масло. Однако для некоторых деталей, при изготовлении которых применялась углеродистая сталь, использование масла не подходит, так как процесс охлаждения недостаточно быстр. В этом случае лучше использовать закаливание в двух средах, с самоотпуском или иной способ.

От того, каким способом деталь погружают в среду для закаливания, зависит внутреннее напряжение в металле. Основные правила, которых необходимо придерживаться при охлаждении, следующие:

• если по своей конфигурации деталь имеет тонкую и толстую части, то тогда охлаждают сначала толстую часть;
• чтобы детали длинной и вытянутой формы не покоробились, опускать их в закалочную среду необходимо вертикально;
• если нужно закалить только часть изделия, применяется местная закалка, но в среду для охлаждения погружают всю деталь.

Дефекты, возникающие при закалке металла

Если во время термообработки стали были нарушены технологические нормы, изделия могу иметь недостаточную твёрдость. Это происходит при недостаточно высокой температуре при нагреве и малой выдержке, а также если скорость охлаждения была недостаточной. Это можно исправить отжигом и повторной закалкой или применить более энергичную закалочную среду.

Иногда закалённая сталь получается с крупнозернистой структурой, что влечёт за собой повышенную хрупкость. Это является следствием перегрева изделия. Необходимо произвести отжиг и провести новую закалку при необходимой температуре. Если хрупкость появилась после пережога, исправить такой дефект невозможно.

Если после закалки деталь покоробило и появились трещины, значит, металл имеет высокое внутреннее напряжение. Такие дефекты появляются из-за неравномерного изменения объёма закаливаемой детали, если она имеет неодинаковые размеры и при этом нарушается режим охлаждения. Трещины исправить невозможно, а коробление можно устранить правкой или рихтовкой. Иногда на обрабатываемом изделии после закалки появляется окалина. Исправить такой брак невозможно. Этого можно избежать, если нагревать детали в печах, которые имеют защитную атмосферу.

tokar.guru

Закалка углеродистой стали

ЗАКАЛКА УГЛЕРОДИСТОЙ СТАЛИ

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Изучить процесс закалки стали; исследовать влияние массовой доли углерода на закаливаемость стали.

ПРИБОРЫ И МАТЕРИАЛЫ

Прибор для определения твердости, муфельные лабораторные печи, оснащенные приборами для контроля температур, закалочные баки с охлаждающими средами, шлифовальный станок, образцы стали в отожженном состоянии.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Мартенситное превращение в стали

Распад аустенита на феррито-карбидную смесь – диффузионный процесс, связанный с перераспределением углерода и железа, т.е. с диффузионным перемещением атомов на значительные расстояния, намного превышающие период решетки аустенита.

При охлаждении углеродистой стали с достаточно большой скоростью (сотни градусов в секунду) аустенит настолько сильно переохлаждается, что не распадается на смесь двух фаз, так как подвижность атомов при сильном охлаждении ниже точки А1 слишком мала. Но фиксации аустенита при комнатной температуре не происходит, так как в углеродистой стали, начиная с некоторой температуры, может существовать железоуглеродистая фаза, обладающая свободной энергией меньше, чем аустенит. Эта фаза называется мартенситом.

Мартенситное превращение не связано с диффузионным перераспределением углерода и железа в решетке аустенита. Химический состав кристаллов мартенсита и исходного аустенита одинаков. Мартенсит отличается от аустенита только кристаллической решеткой; у аустенита гранецентрированная решетка  -железа, а у мартенсита – тетрагональная, близкая объемно центрированной кубической решетке  -железа.

Таким образом, мартенсит является пересыщенным твердым раствором внедрения углерода в  -железе.

Превращение аустенита в мартенсит при охлаждении начинается и заканчивается при определенных для каждой марки стали температурах – температуре начала (МH) и конца (МК) мартенситного превращения.

Рис. 1. Диаграмма изотермического распада переохлажденного аустенита

эвтектоидной стали.

А – устойчивый аустенит, Ап – переохлажденный аустенит, Аост – остаточный аустенит, М – мартенсит, Ф – феррит, Ц – цементит.

Температура начала мартенситного превращения в отличие от температуры начала перлитного превращения, не зависит от скорости охлаждения. На положение мартенситной точки (МH) влияет содержание углерода в стали, с увеличением которого снижается МH. При температуре мартенситной точки МH превращение только начинается, появляются первые кристаллы мартенсита. Чтобы мартенситное превращение развивалось, необходимо непрерывно охлаждать сталь ниже мартенситной точки. Если охлаждение приостановить и выдерживать углеродистую сталь при постоянной температуре ниже мартенситной точки МH, то образование мартенсита почти сейчас же прекращается. Эта особенность наиболее ярко отличает кинетику мартенситного превращения от перлитного, которое всегда доходит до конца при постоянной температуре ниже точки А1 т.е., оканчивается полным исчезновением аустенита.

Мартенситный кристалл (пластина) образуется только в пределах аустенитного зерна и не переходит границу между его зернами. В плоскости шлифа мартенситные пластины, как правило, попадают поперечным сечением и наблюдаются под микроскопом в виде игл. Так как размеры первых пластин мартенсита определяются размерами аустенитного зерна, то все факторы, приводящие к его укрупнению, делают более грубоигольчатым сам мартенсит. Поэтому сильный перегрев стали при закалке дает крупноигольчатый мартенсит.

При закалке на мартенсит углеродистой стали резко возрастает ее твердость и снижается пластичность. Например, твердость эвтектоидной стали в отожженном состоянии равна HB180, а в закаленном – НВ650, т.е. примерно в 3,5 раза выше. Высокая твердость углеродистых сталей, закаленных на мартенсит, обусловлена, в первую очередь, возникновением сильных искажений решетки пересыщенного раствора за счет внедрения атомов углерода.

Структура и зависящие от нее механические свойства, металлических сплавов изменяются в результате термической обработки. Существуют различные виды термической обработки, к одному из которых относится закалка, приводящая к существенному изменению структуры и свойств сплавов. Применительно к углеродистым сталям закалка обеспечивает значительное повышение твердости и прочностных характеристик (пределов прочности и текучести).

Закалкой называется вид термической обработки, заключающийся в нагреве стали до температуры выше критической точки, выдержке и последующем быстром охлаждении со скоростью не ниже критической.

Критические точки – это температуры фазовых превращений. Различают равновесные (теоретические) и фактические критические точки. Равновесные критические точки лежат на линиях диаграмм состояния и показывают температуры фазовых переходов в условиях чрезвычайно медленного изменения температур (нагрева или охлаждения).

Равновесные критические точки углеродистых сталей можно определять по метастабильной диаграмме "железо - цементит". На этой диаграмме равновесные точки, лежащие на линии PSK, обозначаются А1 и показывают температуру превращения перлита в аустенит при нагреве и обратного превращения при охлаждении. Равновесные точки, находящиеся на линии GS, обозначаются А3 и показывают температуры окончания растворения феррита в аустените при нагреве и начала его выделения из аустенита при охлаждении. Равновесные точки линии SE обозначаются Acm и показывают температуры окончания растворения цементита (вторичного) в аустените при нагреве и начала его выделения из аустенита при охлаждении.

Фактические критические точки при нагреве смешаются вверх по температурной шкале и обозначаются аналогично равновесным точкам с добавлением буквы “с”, например, АС1-АС3.

При охлаждении происходит смещение фактических критических точек относительно равновесных в сторону уменьшения температуры, это смещение отмечается буквой “r” (Ar1 – Ar3)

Нагрев при закалке производится для перевода всей исходной структуры или определенной ее части в аустенит, который является исходной фазой для получения конечной структуры закаленной стали.

Выдержка необходима для выравнивания температуры по сечению детали и для полного установления необходимого фазового состояния.

Охлаждение при закалке должно производиться со скоростью не меньше критической для того, чтобы предотвратить протекание диффузионных процессов и переохладить весь исходный аустенит до температурного интервала мартенситного превращения.

Критическая скорость охлаждения (закалки) – это минимальная скорость охлаждения, при которой предотвращается диффузионный распад переохлажденного аустенита.

Выбор технологических параметров закалки

Фактическая скорость печного нагрева определяется температурой, до которой нагрето печное пространство, и массой помещенной в него детали.

Температура закалки определяется исходя из массовой доли углерода в стали и соответствующего ей значения критической точки. Практически критические точки выбирают по справочникам или по диаграмме состояния "железо - цементит".

Температура нагрева при закалке доэвтектоидных сталей определяется следующим образом:

tзак = Ас3+ (30 – 50), °С

Заэвтектоидные и эвтектоидную стали нагреваются при закалке до температуры:

tзак = Ас1+ (30 – 50), °С

Исходя из этого определяется положение оптимального интервала температур закалки углеродистых сталей на диаграмме состояния Fe – Fe3C (рис. 2).

Продолжительность нагрева и выдержки определяется размерами и конфигурацией деталей и способом их укладки в печи. Она должна быть такой, чтобы прошло выравнивание концентрации углерода в аустените. Обычно общее время нагрева и изотермической выдержки составляет 1 - 1,5 мин на мм наибольшего поперечного сечения.

Охлаждение при закалке должно производиться в такой охлаждающей среде, которая обеспечивает скорость охлаждения не менее критической.

Закалочные напряжения складываются из термических и структурных напряжений. При закалке всегда возникает перепад температуры по сечению изделия. Разная величина термического сжатия наружных и внутренних слоев в период охлаждения обуславливает возникновение термических напряжений.

Рис. 2. Фрагмент диаграммы состояния Fe–Fe3Ccнанесенным оптимальным интервалом температур закалки

Мартенситное превращение связано с увеличением объема на несколько процентов. Поверхностные слои раньше достигают мартенситной точки, чем сердцевина изделия. Мартенситное превращение и связанное с ним увеличение объема около 1%, происходит в разных точках сечения изделия не одновременно, что приводит к возникновению структурных напряжений.

Суммарные закалочные напряжения растут с увеличением температуры нагрева под закалку и с повышением скорости охлаждения, так как в обоих этих случаях увеличивается перепад температур по сечению изделия. Наиболее опасным в отношении закалочных напряжений является интервал температур ниже мартенситной точки (МH), так как в этом интервале возникают структурные напряжения и образуется хрупкая фаза мартенсит. Выше мартенситной точки возникают только термические напряжения, причем сталь находится в аустенитном состоянии, а аустенит пластичен. Охлаждающая способность наиболее распространенных закалочных сред увеличивается в следующей последовательности: минеральное масло,вода, водные растворы солей и щелочей.

Углеродистые стали обладают большой критической скоростью охлаждения (закалки) и поэтому для них, как правило, в качестве охлаждающей среды выбирают воду при нормальной температуре.

Закалочное охлаждение эвтектоидной и доэвтектоидных сталей происходит из однофазной аустенитной области, поэтому структура этих сталей после закалки будет представлять мартенсит с небольшим количеством остаточного аустенита.

Заэвтектоидные стали охлаждаются из двухфазной аустенито-цементитной области и структура этих сталей после закалки представляет собой мартенсит с небольшим количеством остаточного аустенита и цементит вторичный.

Температуры критических точек при нагреве

сталей и их твердость после закалки

СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

1. Титульная часть.

2. Цель работы

3. Выбор технологических параметров закалки заданных образцов углеродистых сталей в виде таблицы, представленной ниже.

4. Результаты закалки.

5. Зависимость твердости закаленной стали от массовой доли углерода.

6. Выводы.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ

1. Что такое закалка?

2. Как изменяются механические свойства в результате закалки?

3. Равновесные критические точки, их смысл и обозначение.

4. Обозначение и отличие фактических критических точек от равновесных.

5. Назначение нагрева, выдержки и охлаждения при закалке.

6. Что такое критическая скорость закалки?

7. От чего зависит и как практически определяется общее время выдержки при закалке?

8. Структура доэвтектоидной закаленной стали.

9. Структура заэвтектоидной закаленной стали.

10. Что такое мартенсит?

11. От чего зависят свойства мартенсита?

12. Основная структурная составляющая закаленной стали.

13. Влияние массовой доли углерода на закаливаемость стали.

14. В чем сущность мартенситного превращения?

15. Почему размер аустенитных зерен влияет на размер пластин мартенсита?

16. Каковы условия получения крупноигольчатого и мелкоигольчатого мартенсита?

17. Чем отличается мартенситное превращение от перлитного?

18. Чем вызывается образование закалочных напряжении?

19. До каких температур нагревают до- и заэвтектоидные стали под закалку?

65

studfiles.net

Способы закалки стали | Мир сварки

 Способы закалки стали

Наиболее широкое применение получила закалка в одном охладителе (рис.1). Такую закалку называют непрерывной. Во многих случаях, особенно для изделий сложной формы и при необходимости уменьшения деформации, применяют и другие способы закалки.

Рис.1. Схема закалки доэвтектоидной стали:а – график закалки; б – термокинетическая диаграмма с указанием скорости охлаждения при закалке

Прерывистая закалка (в двух средах). Изделие, закаливаемое по этому способу, сначала быстро охлаждают в воде до температуры несколько выше точки Мн, а затем быстро переносят в менее интенсивный охладитель (например, в масло пли на воздух), в котором оно охлаждается до 20 °С В результате переноса во вторую закалочную среду уменьшаются внутренние напряжения, которые возникли бы при быстром охлаждении в одной среде (воде), в том числе и в области температур мартенситного превращения.

Закалка с самоотпуском. В этом случае охлаждение изделия в закалочной среде прерывают, с тем чтобы в сердцевине изделия сохранилось еще некоторое количество теплоты. Под действием теплообмена температура в более сильно охлаждающихся поверхностных слоях повышается и сравнивается с температурой сердцевины. Тем самым происходит отпуск поверхности стали (самоотпуск).

Закалку с самоотпуском применяют, например, для таких инструментов, как зубила, кувалды, слесарные молотки, керны, которые работают с ударными нагрузками и должны сочетать высокую твердость на поверхности с повышенной вязкостью в сердцевине.

Ступенчатая закалка. При выполнении закалки по этому способу (рис.2а) сталь после нагрева до температуры закалки охлаждают в среде, имеющей температуру несколько выше точки Мн (обычно 180–250 °С), и выдерживают в ней сравнительно короткое время. Затем изделие охлаждают до комнатной температуры на воздухе. В результате выдержки в закалочной среде достигается выравнивание температуры по сечению изделия, но это не должно вызывать превращения аустенита с образованием бейнита.

Рис.2. Схема ступенчатой закалки стали, содержащей 0,8 % С (а) и изотермической закалки легированной стали (б)

Мартенситное превращение протекает при охлаждении на воздухе, но менее полно, чем при непрерывной закалке, вследствие чего сталь сохраняет больше остаточного аустенита. При ступенчатой закалке уменьшаются объемные изменения вследствие присутствия большего количества остаточного аустенита и возможности самоотпуска мартенсита; коробление в результате протекания мартенситного превращения почти одновременно во всех участках изделия и опасность появления трещин.

Во время фазовых превращений, в том числе и мартенситного, снижается прочность стали и повышается пластичность. Это своеобразное разупрочнение, наблюдающееся только в момент превращения (в данном случае мартенситного), используется при ступенчатой закалке для правки изделий, склонных к короблению. Правку (чаще под прессом) выполняют в период охлаждения изделий на воздухе после извлечения их из закалочной среды.

Ступенчатая закалка углеродистых сталей может быть применена лишь для изделий диаметром не более 8–10 мм. Скорость охлаждения более крупных изделий в среде с температурой выше точки Мн оказывается ниже критической скорости закалки, и аустенит претерпевает распад при высоких температурах.

Изотермическая закалка. Закалку по этому способу (рис.2б) 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 мартенситного 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, т. е. прочности образцов сложной формы.

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 пластичность.

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 чаше применяют расплавленные соли в интервале температур 150–500 °С, например 55 % KNO3 и 45 % NaNО2 (или NaNO3), 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 (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 400–450 °С в 4–5 раз, а при 300 °С – в 2 раза.

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

weldworld.ru

• 
  Сталь а
• 
  Стальной швеллер
• 
  Низколегированная сталь это
• 
  Из стали что делают
• 
  Оцинкованная сталь гост
• 
  Инструментальная сталь
• 
  Сталь инструментальная
• 
  Легированных сталей
• 
  Аустенитно мартенситные стали
• 
  Маркировка стальных стропов
• 
  Производства из нержавеющей стали