Файл: 13. Технология термической обработки стали13. 1 Отжиг.pdf

13
Рисунок 13.7 – Зависимость прокаливаемости от критической скорости закалки: I – углеродистая сталь; II – низколегированная сталь; III – высоколегированная сталь
Основными факторами, влияющими на прокаливаемость, являются:

состав аустенита – все элементы, растворимые в аустените (кроме кобальта), замедляют распад аустенита, следовательно, снижают критическую скорость охлаждения и повышают прокаливаемость;

размер зерна аустенита – при увеличении среднего размера зерна аустенита снижается суммарная протяженность границ зерен, что повышает прокаливаемость;

наличие нерастворенных частиц (карбидов, оксидов, интерметаллидов)
– такие частицы, являясь дополнительными центрами кристаллизации,

14 ускоряют распад аустенита, увеличивают V
кр и снижают прокаливаемость;

неоднородность аустенита – неоднородный аустенит менее устойчив и обладает более высокой критической скоростью охлаждения и сниженной прокаливаемостью.
Все факторы, которые снижают V
кр
, способствуют повышению
прокаливаемости.
Способы закалки
1. Закалка в одном охладителе (рисунок 13.8, кривая 1) – наиболее простой способ. Нагретую деталь погружают в закалочную жидкость, где она остается до полного охлаждения. Этот способ применяют при закалке несложных деталей из углеродистых (в воде) и легированных
(в масле) сталей. Иногда деталь не сразу погружают в охладитель, а немного выдерживают на воздухе (это называется закалка с
подстуживанием).
2. Прерывистая закалка в двух средах (рисунок 13.8, кривая 2).Сначала деталь охлаждают в быстро охлаждающей среде, а затем в медленно охлаждающей среде. Обычно первое охлаждение проводят в воде, а затем в масле или на воздухе. В мартенситном интервале сталь охлаждается более медленно, что приводит к уменьшению внутренних напряжений. Этот способ применяют для закалки инструмента из высокоуглеродистых сталей. Этот способ сложен тем, что трудно зафиксировать время пребывания в первой охлаждающей среде – обычно это время измеряется секундами и требует от термиста большой квалификации.
3. Ступенчатая закалка (рисунок 13.8, кривая 3). При ступенчатой закалке сначала деталь охлаждается в закалочной среде
(расплавленные соли или щелочи), нагретой до температуры выше, чем

15 температура начала мартенситного превращения для данной стали. При охлаждении и выдержке в этой среде температура по сечению детали выравнивается, затем следует медленное охлаждение (на воздухе) при котором и происходит мартенситное превращение. При этом способе уменьшаются внутренние напряжения и, следовательно, закалочные деформации. Кроме того, по сравнению со способом прерывистой закалки, в этом случае легче контролировать процесс.
4. Изотермическая закалка (рисунок 13.8, кривая 4).Такой закалке подвергают обычно легированные стали. Изотермическую закалку проводят так же, как и ступенчатую, только выдержку дают при температуре выше начала мартенситного превращения в течение более длительного времени для распада аустенита на бейнит. При такой структуре (бейнит с 10…20% остаточного аустенита) достигается высокая прочность при достаточной вязкости. В качестве охлаждающей среды при ступенчатой и изотермической закалке чаще используют расплавленные соли в интервале температур 150…500ºС, например 55% KNO
3
и 45% NaNO
3
, а также расплавленные щелочи
(20% NaOH и 80% KOH).
Рисунок 13.8 – Кривые охлаждения для различных способов закалки: 1 – закалка в одном охладителе; 2 – прерывистая закалка; 3 – ступенчатая закалка; 4 – изотермическая закалка

16
13.4 Отпуск
Отпуск – вид термической обработки, которая заключается в нагреве закаленной стали до температуры ниже А
с1
, выдержке в течение времени, необходимого для распада закалочных структур и охлаждении (обычно на воздухе).
Отпуск является окончательной термообработкой, при которой сталь приобретает требуемые структуру и свойства. Кроме того, отпуск полностью или частично устраняет закалочные напряжения. Для этого охлаждение не должно быть быстрым. Основное влияние на свойства стали оказывает температура отпуска. В зависимости от температуры нагрева, различают три вида отпуска.
1. Низкотемпературный (низкий) отпуск проводят при 150…250ºС. При этом закалочный мартенсит распадается на так называемый мартенсит отпуска (М
зак
→ М
отп
), вследствие чего снижаются внутренние напряжения и немного повышается вязкость без заметного снижения твердости. Закаленные углеродистые стали (0,5…1,3 %С) после низкого отпуска сохраняют высокую твердость (в пределах 58…63
HRC), а следовательно, высокую износостойкость. Тем не менее, изделия после отпуска не рекомендуется эксплуатировать в условиях высоких динамических нагрузок.
2. Среднетемпературный (средний) отпуск выполняют при температурах
350… 500ºС и применяют в основном для пружин, рессор, а также штампов. Такой отпуск обеспечивает высокие предел упругости и предел выносливости. Структура стали с содержанием углерода
0,45…0,8% после среднего отпуска имеют структуру троостита отпуска
(Т
отп
) с твердостью 40…50 HRC.
3. Высокотемпературный (высокий) отпуск проводят при 550…680ºС.
Структура стали после высокого отпуска – сорбит отпуска (С
отп
).
Высокий отпуск создает наилучшее для большинства условий

17 эксплуатации деталей сочетание прочности и вязкости стали. Высокий отпуск в течение 1…2 ч практически полностью снимает внутренние напряжения, возникшие при закалке.
Закалка в сочетании с высоким отпуском одновременно повышает пределы прочности и текучести, относительное сужение, и особенно ударную вязкость. Такую термообработку называют улучшением.
Улучшению подвергают среднеуглеродистые
(0,3…0,5% углерода) конструкционные стали, к которым предъявляются высокие требования к пределу текучести, пределу выносливости и ударной вязкости. Однако износостойкость улучшенной стали не является высокой.