HomeОбработка сталиТермическая обработка › Старение твердой стали. Прокаливаемость стали

Старение твердой стали. Прокаливаемость стали

Старение твердой стали. Прокаливаемость сталиОписанный выше процесс старения (дисперсионного твердения) в мягкой стали выявляется только при малом содержании углерода, так как он определяется уменьшением растворимости углерода в феррите (линией PQ). Выделение частичек третичного цементита должно заметно проявляться лишь тогда, когда в стали основная

масса состоит из преобладающего феррита.

 

В более углеродистых сталях этот процесс также должен происходить (поскольку феррит всегда присутствует в стали), но при закалке он маскируется процессом распадения аустенита, с образованием мартенсита, имеющего твердость, значительно превосходящую твердость от дисперсионного твердения феррита. Старение твердых сталей, закаленных на мартенсит, связано с процессом перехода свежезакаленного — тетрагонального мартенсита а в отпущенный- кубический (fJ).

 

Как было указано выше, этот процесс может происходить уже при нормальной температуре в течение длительного времени: это и есть естественное старение закаленных твердых сталей. При этом наблюдается характерное для старения повышение твердости (хотя и весьма незначительное), а также изменение и других свойств.

 

Понятно, что такие изменения, протекающие месяцами или даже годами, могут быть ускорены подогревом, т. е. при искусственном старении, которое и здесь по существу не отличается от описанного выше низкого отпуска, производимого при температурах до 200°, точнее до тех температур, когда твердость начнет снижаться и процесс нельзя уже называть старением.

 

Прокаливаемость стали

Заканчивая рассмотрение термической обработки стали, остановимся на свойстве, на которое обращается особое внимание, так как от него часто зависит успешность термической обработки изделий и достижения в них надлежащих качеств. Свойство это называется про каливаемостью стали и характеризуется тем — насколько глубоко от поверхности сталь может быть закалена на мартенсит.

 

Необходимость изучения прокаливаемоеTM или, как говорят, глубины проникновения закалки вызывается тем обстоятельством, что для большинства случаев практики лишь после закалки на мартенсит сталь приобретает наилучшие свойства как при низком, так и при высоком отпуске изделий. В первом случае наивысшая твердость, во втором — наибольшая вязкость достигаются лишь после закалки стали на мартенсит.

 

Понятно, что если изделие не будет закалено на мартенсит насквозь и внутри его вместо мартенсита получится троостит закалки (пластинчатого строения), в сердцевине изделия свойства будут отличны от внешних зон, закаленных на мартенсит, и изделие в целом окажется неоднородным по качеству.

 

Поэтому, задаваясь какой-либо маркой стали для применения на те или иные изделия (детали), подвергаемые закалке и отпуску, нужно учитывать, будет ли вся масса стали закаливаться на мартенсит насквозь или только на известную глубину от поверхности, т. е. нужно уметь определять и характеризовать прокаливаемость взятой марки стали. Имея перед собой такие характеристики, конструктор может судить о том, какие сорта сталей приемлемы для применения в соответствии с намечаемыми размерами и формой изделий.

 

Определение прокаливаемости связано непосредственно с критической скоростью закалки , так как закалка на мартенсит возможна лишь тогда, когда скорость охлаждения превосходит vKp. Очевидно, чем больше vKp, тем на меньшую глубину можно закалить сталь, тем меньше будет прокаливаемость стали, так как в таком случае трудно достичь больших скоростей охлаждения глубоко от поверхности, и насквозь (до центра) прокалиться могут лишь образцы небольших размеров, являются относительно высокими: в эвтектоидной стали vKg выражается примерно 4007сек. а в доэвтектоидных — еще выше.

 

Поэтому, например, в эвтектоидной стали (0,8-0,9% С) получить полную прокаливаемость, т. е. скорости охлаждения больше vKp в центре при закалке в ъощ можно лишь при размерах цилиндрического образца (изделия)\’ не более 25-27 мм диаметром.

 

Эти размеры, а следовательно, прокаливаемость, можно определить путем измерения твердости и рассмотрения структуры по поперечным сечениям закаленных образцов разной толщины.

Из рассмотрения этих рисунков видно, что лишь образцы диаметром 25 мм и меньше после закалки имеют в центре высокую твердость, присущую мартенситу. Твердость центральных слоев образцов, диаметром 28 мм и больше оказывается резко сниженной, присущей трооститу закалки. Следовательно, испытанная сталь способна прокаливаться насквозь в прутках, имеющих диаметр порядка 25 мм и меньше.

 

Наибольший диаметр образца, при котором еще получается сплошная прокаливаемость, называется критическим диаметром прокаливаемости Образцы диаметром больше критического после закалки будут обнаруживать в центре пониженную твердость.

 

Очевидно, в прокаленной зоне (с повышенной твердостью) должна быть структура мартенсита, а в непрокаленной (центральной) области — структура троостита. Известно, однако, что обе эти структуры часто присутствуют одновременно.

 

Поэтому нельзя получить такую границу между прокаленной зоной и непрокаленной сердцевиной, чтобы в первой был один мартенсит (без троостита), а во второй — сплошной троостит. Отсюда условились считать структурой прокаленной зоны такую структуру, в которой мартенсит занимает более половины всей площади сечения, так как при этом превалируют свойства мартенсита и наблюдается высокая твердость. Если же в структуре преобладают трооститные участки (более к непрокаленной части образца.)

 

Таким образом, структура с 50% .мартенсита представляет собой условную границу между прокаленной и непрокаленной частями образца. Такую структуру называют полу мартенсит ной. Эта структура условно определяет и величину критического диаметра, т. е. предельный размер образца, при котором она получается в центре сечения.

 

Приведенный выше  пример представляет один из методов определения глубины проникновения закалки, т. е. характеристики прокаливаемости стали; при этом нужно иметь серию образцов разного диаметра и после закалки наблюдать макроструктуру их поперечных сечений 1,-а также измерять на них твердость (обычно по Роквеллу).

Этим методом, как мы видели, можно определить критический диаметр прокаливаемоеTM, который достаточно характеризует сталь в этом отношении.

 

Однако указанный метод требует много времени и не всегда легко осуществим в связи с необходимостью разрезки закаленных образцов и большим числом измерений.

Поэтому было обращено внимание на изыскание экспериментально более простого метода определения прокаливаемоеTM стали.

 

В результате был разработан торцовый метод, в основу которого положен принцип охлаждения с торца цилиндрического образца, вследствие чего по его высоте получается различная скорость охлаждения, максимальная на охлаждаемом торце образца и постепенно-понижающаяся к противоположному торцу.

 

Ввиду различной скорости охлаждения образец естественно получает различную интенсивность закалки по его длине (высоте). Изменение твердости по высоте образца позволяет определить прокаливаемость стали.

 

Не останавливаясь на деталях осуществления этого метода и на некоторых его разновидностях, излагаемых в соответствующих курсах по термической обработке [20, 21, 22], укажем, лишь, что с помощью торцового метода можно установить для различных марок стали так называемые полосы прокаливаемости, вид которых позволяет судить о прокаливаемости соответствующей марки.

Влияние различных факторов на прокаливаемость. Прокаливаемость стали, зависящая от критической скорости закалки и, следовательно, от величины минимальной устойчивости аустенита на С-образных кривых, определяется теми же факторами, какие влияют на критическую скорость закалки.

 

Например, крупное действительное зерно с мало развитыми границами — центрами разложения аустенита — уменьшает критическую скорость закалки (икр) и должно углублять прокаливаемость стали. Увеличение устойчивости аустенита, т. е. сдвиг вправо изотермического превращения, с их перегибом — местом мальной устойчивости аустенита, вызывая уменьшение v углублять прокаливаемость.

 

Подобное влияние оказывает в простых сталях углерод, повышение которого снижает критическую скорость закалки , при условии полного растворения в аустените избыточного цементита. Однако влияние углерода в этом отношении сравнительно невелико; гораздо сильнее и эффективнее увеличивают прокаливаемость легирующие примеси, изменяющие существенно положение и форму линий изотермического превращения аустенита.

 

Article Global Facebook Twitter Myspace Friendfeed Technorati del.icio.us Digg Google StumbleUpon Eli Pets

Comments are closed.