Впливи легуючих елементів на перетворення при відпуску.
Легуючі елементи сповільнюють процес розпаду мартенситу: нікель, марганець - незначно; хром, молібден, кремній - помітно. Це пов'язано з тим, що процеси при відпусканні мають дифузійний характер, а більшість елементів сповільнюють карбідне перетворення. Леговані сталі зберігають структуру мартенситу відпуск до температури 400...500°С. Тому що в легованих сталях зберігається значна кількість залишкового аустеніту, то перетворення його в мартенсит відпусканням сприяє збереженню твердості до високих температур. Таким чином, леговані сталі при відпусканні нагрівають до більш високих температур або збільшують витримку.
Леговані сталі, що піддаються цементації
До легованих конструкційних сталей, зміцнюємих у поверхневому шарі цементацією й нітроцементацією відносяться низьковуглецеві сталі, що містять до 0,2 %С від маси. У табл. 1 наведена масова частка елементів (%) сталей цієї групи.
У рівноважному стані вони мають ферито-перлітну структуру. На рис. 3 а представлена схема мікроструктури сталі 15X після відпалу.
Рис. 3. Схема мікроструктури сталі 15Х а) після відпалу б) після загартування й низької відпустки
Розчинення хрому у фериті відбувається шляхом заміщення в ґратах атомів заліза атомами Сr, що викликає зміну параметрів кристалічних ґрат фериту, його властивостей і властивостей сталі в цілому. Так додавання 1% Сr приводить до збільшення пластичності й ударної в'язкості сталі й невеликому рості міцності. Сталь 15Х після відпалу має низьку твердість, добре обробляється різанням.
Готову деталь піддають зміцнюючій хіміко-термічній обробці - цементації або нітроцементації й наступному загартуванню й низькій відпустці. При цьому, оскільки легування сприяє підвищенню закалювання сталі при загартуванні, серцевина деталі буде трохи зміцнена. Одержуємо структуру мартенситу відпущеного (рис. 3б). Твердість поверхні деталі після такої обробки буде HRC 60, а серцевини - HRC 15 - 20.
У вихідному відпаленому стані властивості сталей цієї групи практично однакові: ϭb = 500 - 600 МПа; ϭ0.2 = 350 - 450 МПа; δ = 30%; ψ = 60 %. Тому основним критерієм вибору марки сталі для виготовлення деталі служить критичний діаметр, що визначає розмір перетину виробу, що термічно оброблюється наскрізь.
Після загартування й низькому відпусканні міцність сталі підвищується, пластичність знижується незначно. У сталі 15Х: ϭb = 750 МПа; ϭ0.2 = 650 МПа; δ = 15 %; ψ = 55 % - після загартування в масло й відпуску при 200 °С.
Поліпшені леговані сталі
Сталі що поліпшуються, (середньовуглецеві) містять 0,3 - 0,5% С та до 5% різних легуючих елементів.
Сталі цієї групи зазвичай піддають (поліпшенню) загартуванню в маслі й високому відпусканні (600°С). Загартування сталі при збільшенні кількості легуючих елементів у ній зростає.
На рис. 4 представлена схема мікроструктури сталі 40Х, після відпалу й після поліпшення.
Рис. 4. Схема мікроструктури сталі 40Х а) після відпалу б) після загартування й високому відпусканні
Основним параметром, по якому вибирається марка сталі, що поліпшується, є загартування (критичний діаметр), тому що механічні властивості у випадку загартування в сталей різних марок цієї групи відрізняються не суттєво. У табл. 2 наведені масові частки елементів (%) і призначення деяких легованих сталей, що поліпшуються, критичні діаметри й поріг холодноламкості.