4.5 Назначение режима закалки углеродистой и легированной сталей

Как уже отмечено в разделе 4.1, закалка – это термическая обработка, при которой главным процессом является формирование неравновесной структуры во время ускоренного охлаждения.

Существуют три принципиально отличных один от другого вида закалки: закалка с полиморфным превращением, закалка без полиморфного превращения и закалка с плавлением поверхности [12].

Закалка с полиморфным превращением (или закалка на мартенсит) используется человеком около двух тысячелетий как один из основных способов упрочнения сталей. В настоящее время закалку на мартенсит применяют не только к сталям, но и к сплавам цветных металлов (медных, титановых и др.). В общем случае температура нагрева и время выдержки сплава должны быть такими, чтобы произошли необходимы фазовые изменения, например, образование высокотемпературной фазы из одной или нескольких низкотемпературных фаз. В этом отношении закалка аналогичная отжигу второго рода.

При закалке сталей высокотемпературной фазой является аустенит, образующийся из низкотемпературной феррито-перлитной структуры (см. разд. 5.3.1). При достаточно быстром охлаждении аустенита, способном подавить его диффузионный распад на феррито-карбидную смесь, образуется фаза мартенсит. Некоторые замечательные особенности мартенситного превращения в сталях описаны в разделе 5.3.3.

4.5.1 Нагрев под закалку

Температуры нагрева под закалку углеродистых сталей можно выбрать по диаграмме фазового равновесия железо – цементит (см. рис. 4.6). Доэвтектоидные стали закаливают с температур, превышающих точку А_с3 на 30…50 ^ОС:

Т_зак = А_с3 + (30…50) ^ОС.

При закалке с температур ниже точки А_с3 (неполная закалка) в структуре наряду с мартенситом, образующимся из аустенита, остаётся так называемый избыточный феррит, не превратившийся в аустенит при нагреве. Избыточный феррит снижает твёрдость закалённой стали и ухудшает механические свойства стали после отпуска.

Заэвтектоидные стали закаливают с температур, превышающих точку А_cm на 30…60 ^ОС, или, как говорят, из межкритического интервала А_с1 … А_сm (рис. 4.6):

Т_зак = А_cm + (30…60) ^ОС.

Рисунок 4.6 – Изображение интервала температур нагрева под закалку

углеродистых сталей на «стальном» участке диаграммы

железо - цементит [12]

При закалке из межкритического интервала (неполной закалке) в заэвтектоидных сталях наряду с мартенситом имеется вторичный цементит, который повышает износостойкость инструмента. Нагрев до температур выше А_cm вреден, так как твёрдость закалённой стали получается ниже из-за полного растворения цементитных частиц в аустените, понижения температур начала и окончания мартенситного превращения М_н и М_к и, как следствие, увеличения количества остаточного аустенита при комнатной температуре (см. разд. 5.3.3 и рис. …). Дополнительными негативными последствиям полной закалки от температур выше А_cm являются укрупнение аустенитного зерна, обезуглероживание поверхности и рост закалочных напряжений, увеличивающий риск образования закалочных трещин.

Интервал температур нагрева под закалку легированных сталей нельзя определить по диаграмме железо цементит, поэтому для каждой марки стали его подбирают экспериментально.