Выбор температуры нагрева для закалки стали

Выбор температуры нагрева для закалки стали

сталь твердость аустенит закалка Закалкой называют процесс термической обработки стали, заключающийся в нагреве до температуры выше критических точек А_С3 или А_С1, выдержке и быстром охлаждении (в воде, масле или других жидких средах) со скоростью больше критической. Цель закалки — повысить твердость стали за счет образования мартенситной структуры. Нагрев выше критических точек необходим, чтобы получить аустенит, а быстрое охлаждение — чтобы аустенит превратился в мартенсит (фазовые превращения, протекающие в сталях при нагреве и охлаждении, описаны ниже).

Превращение перлита (ферритно-цементитной смеси) в аустенит. Оно протекает при нагреве любой стали выше точки А_с1 хотя бы на один градус. Кроме того, при дальнейшем нагреве в доэвтектоидных сталях в интервале температур А_с1 — А_с3 в аустените растворяется избыточный феррит. Выше точки А_с3 стали находятся в однофазном аустенитном состоянии. Причем чем выше температура, тем крупнее получается аустенитное зерно. Для получения мелкого аустенитного зерна сталь необходимо нагревать всего на 30 — 50 ^оС выше точки А_с3.

Превращение аустенита в перлит. Этот процесс происходит в верхнем температурном интервале (А_с1 — 550^оС) диаграммы изотермического превращения переохлажденного аустенита. Например, при скоростях охлаждения V₁ и V₂ аустенит распадается с образованием перлитных структур в интервале температур ас и а’с' соответственно.

Следует иметь в виду, что чем выше скорость охлаждения, тем ниже температурный интервал распада аустенита, дисперснее и тверже получается смесь феррита и цементита. Продукты распада аустенита (перлит, сорбит, тростит) имеют пластинчатое строение и отличаются друг от друга степенью дисперсности пластин феррита и цементита.

Закалка может быть полной и неполной. Полной является закалка на мартенситную структуру, а неполной — закалка на мартенсит и избыточную структуру (феррит или цементит). Результат закалки зависит от температуры нагрева. В свою очередь, температуру нагрева выбирают в зависимости от структурной группы стали (рисунок 1).

Доэвтектоидные стали подвергают полной закалке:

Т_н = А_С3 + (30…50)^оС.

При таком нагреве ферритно-перлитная структура полностью перейдет в аустенит, который при быстром охлаждении превратится в мартенсит:

Твердость стали — максимальная.

Нагрев выше точки А_С1, но ниже А_С3 (точка в на ординате I) приведет к неполной закалке, так как перлит превратится в аустенит, а избыточный феррит не изменится. Поэтому после охлаждения, кроме мартенсита, в структуре сохранится избыточный феррит:

Так как твердость феррита меньше твердости мартенсита, он снижает твердость закалённой стали.

Нагрев ниже точки А_С1, например до точки, а на ординате I сплава (не обеспечит образования аустенита, следовательно, после охлаждения не будет и мартенсита. Закалка вообще не получится:

Заэвтектоидные стали ордината II на диаграмме «железо — цементит», наоборот, подвергают неполной закалке:

Т_н = А_С1 + (30…50), ^оС.

В заэвтектоидной стали исходная структура — перлит и цементит вторичный. При нагреве выше точки А_С1 (точка е на ординате II) только перлит перейдет в аустенит, а цементит вторичный останется. Причем в аустените будет растворено около 0,8% С. При охлаждении аустенит перейдет в мартенсит, а цементит вторичный останется:

Так как твердость цементита выше твердости мартенсита, его присутствие не только не снизит твердости закалённой стали, но и повысит ее износостойкость.

Нагрев заэвтектоидной стали до температуры выше критической точки А_ст (точка f на ординате II) приведёт не только к переходу перлита в аустенит, но и к растворению в нем цементита вторичного, повышению в аустените углерода и снижению мартенситных точек. Поэтому при охлаждении аустенит не весь перейдёт в мартенсит. В структуре останется более 10% остаточного аустенита, что снизит твёрдость закалённой стали:

Нагрев ниже точки A_С1 (точка d на ординате II), как и в случае с доэвтектоидной сталью, не приведет к образованию аустенита, следовательно, не будет и мартенсита.

Итак, для доэвтектоидной стали Т_н = а_С3 +(30…50),°С — полная закалка, а для эаэвтектоидной стали Т_н = а_С1 +(30…50),°С — неполная закалка.

Литература

1. Тушинский, Л. И. Методы исследования материалов/ Л. И. Тушинский, А. В. Плохов, А. О. Токарев, В. Н. Синдеев. — М.: Мир, 2004. — 380 с.

2. Лахтин, Ю.М. Материаловедение/ Ю. М. Лахтин. — М.: Металлургия, 1993. — 448 с.

3. Фетисов, Г. П. Материаловедение и технология металлов/ Г. П. Фетисов, М. Г. Карпман и др. — М.: Высшая школа, 2001. — 622 с.

4. Евстратова, И.И. Материаловедение/ И. И. Евстратова и др. — Ростов-на-Дону: Феникс, 2006. — 268 с.

5. Маркова, Н. Н. Железоуглеродистые сплавы/ Н. Н. Маркова. — Орел: ОрелГТУ, 2006. — 96 с.

6. Ильина, Л. В. Материалы, применяемые в машиностроении: справочное пособие/ Л. В. Ильина, Л. Н. Курдюмова. — Орел: ОрелГТУ, 200