Способы закалки

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

При выполнении ступенчатой закалки сталь после нагрева до температуры закалки охлаждают в среде, имеющей температуру несколько выше точки М_н (обычно 180 - 250ºС), 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 всему сечению изделия, но это не должно вызывать превращения аустенита с образованием бейнита.

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, поскольку мартенситное превращение протекает почти одновременно во всем объеме изделия и не возникает 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 на воздухе, после извлечения изделий из закалочной среды. Ступенчатую закалку применяют для сравнительно небольших изделий.

Изотермическая закалка. Закалку по этому способу выполняют в основном так же, как и ступенчатую, но в данном случае предусматривается более длительная выдержка выше точки М_н. При такой выдержке происходит распад аустенита с образованием нижнего бейнита.

У большинства легированных сталей, для которых применяется изотермическая закалка, 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 бейнита и 10 - 20% остаточного аустенита, обогащенного углеродом. При такой структуре достигается высокая прочность при достаточной вязкости. Если же большая часть аустенита, не распавшегося после окончания промежуточного превращения, при последующем охлаждении претерпевает мартенситное превращение, то изотермической закалкой 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 М_н). Повышение температуры выдержки (распада аустенита) в промежуточной зоне снижает пластичность и вязкость.

В качестве охлаждающей среды при ступенчатой и изотермической закалках используют расплавленные соли; в интервале температур 150 - 500ºС чаще применяют 55% KNO₃, и 45% NаNO₃, (или NaNO₃,); а также расплавленные щелочи (20% NaOH и 80% КОН). Чем ниже температура соли (щелочи), тем выше скорость охлаждения в ней. Добавление воды (3 - 5%) в расплавы едких щелочей вызывает кипение и увеличение скорости охлаждения в области температур перлитного превращения (воду можно добавлять, только используя специальные приспособления).

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

Обработка стали холодом. Для уменьшения количества остаточного аустенита, снижающего твердость закаленной стали, применяют обработку холодом. Ее применяют для сталей, температура окончания мартенситного превращения (М_к) в которых лежит ниже нуля.

Понижение температуры до точки М_к (от -30 до -70ºС) для большинства сталей вызывает превращение остаточного аустенита в мартенсит, что повышает твердость стали, содержащей 0,8 - 1,1% С, на HRC1 - 3. Однако одновременно возрастают напряжения. Поэтому изделия охлаждают медленно и сразу после обработки холодом выполняют отпуск.

Обработку холодом выполняют сразу после закалки во избежание стабилизации аустенита.

Отпуск стали.

Oтпуск заключается в нагреве закаленной стали до температуры ниже Ас₁, выдержке при заданной температуре и последующем охлаждении с определенной скоростью. Отпуск является окончательной операцией термической обработки в результате которой сталь получает требуемые механические свойства. Кроме того, отпуск полностью или частично устраняет внутренние напряжения, возникающие при закалке. Эти напряжения снимаются тем полнее, чем выше температура отпуска.

Скорость охлаждения после отпуска также оказывает большое влияние на величину остаточных напряжений. Чем медленнее охлаждение, тем меньше остаточные формы во избежание их коробления после отпуска при высоких температурах следует охлаждать медленно, а изделия из легированных сталей, склонных к обратимой отпускной хрупкости, после отпуска при 500 - 650ºС во всех случаях следует охлаждать быстро.

Основное влияние на свойства стали оказывает температура отпуска. Различают три вида отпуска.

Низкотемпературный (низкий) от пуск проводят с нагревом до 250ºС. При этом, снижаются внутренние напряжения, мартенсит закалки переходит в отпущенный мартенсит, повышается прочность и немного улучшается вязкость без заметного снижения твердости. Закаленная сталь (0,5 - 1,3% С) после низкого отпуска сохраняет твердость в пределах НRС 58 - 63, а, следовательно, высокую износостойкость. Однако такое изделие (если оно не имеет вязкой сердцевины) не выдерживает значительных динамических нагрузок.

Низкотемпературному отпуску подвергают режущий и измерительный инструмент из углеродистых и низколегированных сталей, а также детали, претерпевшие поверхностную закалку, цементацию, цианирование или нитроцементацию. Продолжительность отпуска обычно 1 — 2,5 ч, а для изделий больших сечений и измерительных инструментов назначают более длительный отпуск.

Среднетемпературный (средний) отпуск выполняют при 350 - 500ºС и применяют главным образом для пружин и рессор, а также для штампов. Такой отпуск обеспечивает высокий предел упругости, предел выносливости и релаксационную стойкость. Структура стали после среднего отпуска - троостит отпуска или троосто-мартенсит; твердость стали HRC 40 - 50. Температуру отпуска надо выбирать таким образом, чтобы не вызвать необратимой отпускной хрупкости.

Высокотемпературный (высокий) отпуск проводят при 500 — 680ºС. Структура стали после высокого отпуска - сорбит отпуска. Высокий отпуск создает наилучшее соотношение прочности и вязкости стали.

Контрольные вопросы:

1. Виды предварительной термообработки.

2. Виды окончательной термообработки.

Поиск по сайту: