2.5 Фазовые и структурные превращения при нагреве закаленной стали у7а

Спиральное сверло из углеродистой стали подвергают отпуску для снятия значительной части закалочных напряжений, повышения прочности и вязкости стали. Согласно рис. 2.6 и рис. 2.1,б твердость стали У7А после закалки составит 63 - 64 HRC, а ударная вязкость не пре­вышает 20 Дж/см². Твердость сердцевины составит около 40 HRC (рис. 2.3). Одним из достоинств стали У7А является сохранение чистой поверхности при закалке в воде, что облегчает проведение дальнейшего отпуска (отпадает необходимость в промывке и обезжиривании изде­лий).

Отпуск при Т = 200 - 220°С в большей степени снижает напряжения и повышает проч­ность и вязкость стали, при снижении твердости до 58 HRC.

Критический диаметр стали У7А 15-20мм в воде, поэтому спиральное сверло закалится насквозь.

Для стали марки У7А характерен низкий отпуск, который является конечной операцией термической обработки. Структура после закалки состоит из 97-98 % мартенсита, карбидов и 4-5 % остаточного аустенита (что обеспечивает высокое сопротивление пластической деформации в рабочих кромках), на основании рис. 2.2 и рис. 2.6.

При нагреве после закалки происходит распад мартенсита с выделением карбидов. Распад мартенсита в зависимости от температуры нагрева и длительности отпуска претерпевает следующее превращения.

При нагреве до 80°С видимых изменений микроструктуры не происходит, идет образование кластеров, что приводит к некоторому, хотя и незначительному снижению уровня внутренних напряжений.

Дальнейший нагрев в интервале температур от 80 до 200°С происходит первое превращение, которое заключается в распаде пересыщенного твердого раствора с выделением метастабильных карбидов и получения структуры мартенсита отпуска: М + Аост —> М'отп + Аост. Это превращение является первой стадии распада и к е концу твердый раствор еще остается достаточно пересыщенным. При распаде выделяются ε-карбиды, когерентно связанные с матрицей, в месте их выделения твердый раствор объединяется по углероду, соседние участки имеют нормальную концентрацию, т.е. соответствующую исходной, такой распад называют двухфазным. Содержание углерода в твердом растворе резко снижается. Полученная структура носит название мартенсит отпуска.

При температуре 200-220°С происходит частичное превращение Аост —> Мотп, происходящая благодаря полиморфному превращению аустенита в мартенсит.

Третья стадия отпуска состоит в карбидном превращении в цементит. Это приведет к снижению твердости и прочности, т.к. достаточно велики.

Нагрев выше 400°С не вызывает фазовых превращений сталь сохраняет феррито-цементитную структуру. Происходят лишь структурные изменения: коагуляция цементита. Нагрев до температур 450-480°С приведет к образованию структуры сорботростита, состоящую из многочисленных мелких частиц цементита в феррите, что обеспечит удовлетворительную прочность, при достаточно высокой вязкости и пластичности.

На рисунке 2.15 приведен график механических свойств углеродистой инструментальной стали при повышении температуры отпуска.

Рисунок 2.15 – Механические свойства углеродистой инструментальной стали с 0,75-0,80%С в зависимости от температуры отпуска продолжительностью 1 час.

Структура рабочей части спирального сверла после отпуска представляет собой отпущенный мартенсит, остаточный аустенит, мелко дисперсные ε-кабиды и не растворившиеся избыточные карбиды (рис. 2.16).

а- рабочей части(закалка (Т=760-780 ^оС, мин,вода)+ отпуск рабочей части (Т=200-220 ^оС, воздух))

б- крепежной части(Т=760-780 ^оС, мин,вода)+ отпуск (Т=450-480 ^оС, воздух))

Рисунок 2.16 – Схема микроструктуры спирального сверла из стали У7А после термической обработки.

Исходя из данных рисунка 2.15 и таблиц 2.3 - 2.5 можно сказать, что такая термообработка позволит получить заданный комплекс механических свойств спирального сверла:

• рабочей части спирального сверла: σ_т = 1370 Н/мм²; σ_в = 1590 Н/мм²; KCU = 30-33 Дж/см²; 57 - 58 HRC;

• крепежной части инструмента: σ_т = 270 Н/мм²; σ_в = 1070 Н/мм²; KCU = 70-73 Дж/см²; 30 -35 HRC.