Влияние величины зерна на механические свойства стали

Увеличение размера зерна аустенита незначительно влияет на прочностные свойства стали, но сильно снижает ее пластичность, ударную вязкость, усталостную долговечность. С уменьшением же размера зерна, как правило, повышается прочность, пластичность и вязкость. Поэтому лучшими механическими свойствами характеризуются мелкозернистые стали.

Основы термической обработки

Термическая обработка представляет собой процесс, состоящий из трех основных операций: нагрева, выдержки и охлаждения. Получаемая структура и механические свойства стали обусловливаются теми структурными превращениями, которые происходят при нагреве - в соответствии с диаграммой состояния железо-углерод (рис. 3.4, а) и при охлаждении - в соответствии с диаграммой изотермического распада аустенита (рис. 3.4, б).

а б

Рис. 3.4. Виды термической обработки стали У8 в зависимости от температуры

нагрева (а) и скорости охлаждения (б)

В зависимости от температуры нагрева по отношению к критическим точкам А_С1, А_С3 и A_сm (табл. 3,1) термическая обработка подразделяется на полную, неполную и низкотемпературную (рис. 3.4, а), а в зависимости от скорости охлаждения – на отжиг, нормализацию и закалку (рис. 3.4, б).

Таблица 3.1. Температуры критических точек некоторых сталей

Марка стали	35	40	45	40Х	45Г2	У8	У10	У12	9ХС	ХВГ
А1,ОС	730	727	725	743	711	730	730	730	770	750
А3, Aсm, ОС	802	788	770	782	765	-	800	820	870	940

Отжиг

Отжиг - разупрочняющая термическая обработка, состоящая из нагрева до температуры выше фазовых превращений, выдержки и медленного охлаждения (с печью) до заданных температур (например, для стали до 500-600 ^ОС) и далее на воздухе. Отжиг проводят с целью перекристаллизации структуры стали и максимального ее разупрочнения перед пластической деформацией или механической обработкой резанием.

Полный отжиг преимущественно применяется для доэвтектоидных сталей. Он состоит из нагрева выше температуры А₃ на 30-50 ^ОС (см. рис. 3.4, а), выдержки и медленного охлаждения (с печью) до 500-600 ^ОС и далее на воздухе на структуру, состоящую из феррита и перлита (рис. 3.5, а).

Полный отжиг для заэвтектоидных сталей с нагревом выше А_cm не применяется, так как он приводит к образованию карбидной сетки, которая сильно повышает хрупкость стали (см. рис. 2.4, в).

Неполный отжиг преимущественно применяется для заэвтектоидных сталей. Он состоит из нагрева выше температуры A₁, но ниже А_сm и приводит к образованию структуры зернистого перлита (см. рис. 2.4, г). Охлаждение должно быть медленным, чтобы обеспечить сфероидизацию и коагуляцию образовавшихся карбидов при охлаждении до 650-620 ^ОС. Структура зернистого перлита характеризуется низкой твердостью, высокой пластичностью и вязкостью.

а б

Рис. 3.5. Микроструктура (феррит и перлит) стали 40