Этап 4. Описание последовательности структурных превращений в материале на каждой её стадии.
Исходное структурное состояние стали – феррит и перлит с преобладанием перлитной компоненты, так как сталь с повышенным содержанием углерода.
1. Объёмная закалка.
При нагреве превращение протекает в две стадии:
• при переходе стали через критическую точку Ас1 перлит превращается в аустенит, кристаллы (зерна) аустенита зарождаются в основном на границах фаз феррита и перлита;
•
при переходе стали
через критическую точку Ас3 завершается
полиморфное превращение феррита в
аустенит, химический состав которого
при выдержке становится однородным и
соответствует содержанию элементов в
стали. Образование зерен аустенита
происходит с большей скоростью, чем
растворение цементита, поэтому необходима
выдержка стали при температуре закалки
для полного растворения цементита и
получения гомогенного аустенита.
Охлаждение в масле гарантирует
бездиффузионный характер превращения
аустенита и получение структуры
мартенсита во всём объёме изделия. Из
рис. 5 видно, что фазовая перекристаллизация
приводит к измельчению зерна в стали.
2. Высокий отпуск при 600°с.
В процессе выдержки протекает распад мартенсита с образованием феррито-цементитной смеси (сорбит отпуска) и полностью снимаются закалочные напряжения.
3. Закалка поверхности зубьев.
Индукционная закалка поверхности стальных деталей для повышения твердости, износоустойчивости и коррозионной стойкости. Последующее охлаждение в воде со скоростью большей, чем Vкр (наименьшая скорость охлаждения, при которой аустенит превращается в мартенсит), обеспечивает получение мелкоигольчатого мартенсита на поверхности зубьев.
4. Низкий отпуск при 150 – 200 °с.
Во время низкотемпературной обработки происходит диффузия частиц углеродистых компонентов без полигонизации и рекристаллизации атомной решетки. На поверхности формируется структура отпущенного мартенсита и когерентных с ним частиц ε-кaрбида. В результате этого снижаются остаточные напряжения.
В результате закалки стали 40ХФА ее структура может иметь кроме мартенсита и некоторое количество остаточного аустенита (пренебрежимо малое, т. к. закалка проходила при оптимальной температуре).
Структура стали после такой термической обработки представляет собой мартенсит отпуска на поверхности и сорбит отпуска в сердцевине.
Недостатки стали 40ХФА:
1) Трудносвариваемая;
2) Склонность к графитообразованию;
3) Склонность к отпускной хрупкости.
Свойства данной стали могут быть улучшены путем дополнительного легирования. Кроме стали 40ХФА применяют стали 65Г, 50XФА, 30X3МФ.
Заключение
Таким образом, в результате выполнения домашнего задания для изготовления шлицевого вала привода рулевого управления автомобиля была выбрана конструкционная легированная сталь 38Х2МЮА, разработан режим её комплексной упрочняющей термической обработки, гарантирующий получение заданных свойств: твёрдость зубьев HV не менее 980, глубина упрочнённого слоя Δh от 0.35 до 0.40 мм и предел текучести σ0,2 сердцевины не менее 980 Мпа.