§ 3.5. Обработка стали холодом

Обработкой холодом называют охлаждение закаленной стали, в структуре которой имеется остаточный аустенит до температуры ниже 0 °С.

Во многих сталях – углеродистых (при содержании более 0,4 – 0,5% С) и легированных в закаленном состоянии содержится повышенное количество остаточного аустенита от 3 до 12%, а в быстрорежущих сталях 35% и более. Это объясняется тем, что у ряда сталей температура конца мартенситного превращения (М_к) лежит ниже 0 °С, а при закалке охлаждение производится лишь до комнатной температуры. Остаточный аустенит в закаленной стали снижает твердость и при постепенном самопроизвольном распаде вызывает изменение размеров деталей и инструмента. Под действием отрицательных температур остаточный аустенит превращается в мартенсит.

Увеличение количества мартенсита повышает твердость, увеличивает объем, улучшает магнитные характеристики, стабилизирует размеры, повышает стойкость режущего инструмента и усталостную прочность. Увеличение твердости после обработки холодом составляет HRC 1 – 5 и более. Температурный режим обработки холодом определяется положением нижней мартенситной точки М_к. Более глубокое охлаждение не вызовет дополнительного превращения.

Обработку холодом необходимо производить немедленно после закалки, так как выдержка стабилизирует аустенит и эффект обработки холодом уменьшается. Обработку стали холодом осуществляют в специальных камерах с хорошей тепловой изоляцией.

Необходимую температуру получают с помощью сухого льда (твердая углекислота), жидкого кислорода или жидкого воздуха. Выдержка при низких температурах должна быть непродолжительной. Термообработку с применением холода производят по схеме: закалка – обработка холодом – низкий отпуск. Для обработки холодом применяют специальные холодильные установки.

Глава IV термическая обработка конструкционных сталей

§ 4.1. Углеродистые конструкционные стали

Стали, применяемые для деталей машин, приборов и ответственных конструкций, называются конструкционными. Эти стали должны обладать хорошим комплексом механических свойств (высокими прочностью, пластичностью и вязкостью) и иметь высокие технологические свойства (обрабатываемость резанием и давлением, свариваемость и т. д.). В зависимости от состава конструкционные стали подразделяются на углеродистые и легированные.

Углеродистые стали. Углерод оказывает основное влияние на свойства стали. С увеличением содержания углерода в стали повышаются ее твердость и прочность, уменьшаются пластичность и вязкость, ухудшается свариваемость.

Газы (кислород, азот и водород) присутствуют в стали в виде неметаллических включений или располагаются в раковинах и трещинах.

Конструкционные стали составляют около 75 % от мирового производства всех сталей.

углеродистые стали  это двухкомпонентные сплавы Fe – C, основным компонентом которых, определяющим весь комплекс свойств, является углерод.

Углеродистые стали классифицируют:

• по составу (содержанию C);

• назначению;

• структуре;

• качеству;

• степени раскисления;

• способу производства.

1.Состав. По составу углеродистые стали делятся на три группы:

• низкоуглеродистые (0,08…0,3% С);

• среднеуглеродистые (0,3…0,7% С);

• высокоуглеродистые (0,7…2% С).

2.Назначение. По назначению стали делятся на следующие группы: конструкционная сталь (конструкционными называются стали, предназначенные для изготовления деталей машин – машиностроительные стали, конструкций и сооружений - строительные стали); инструментальная сталь; сталь для отливок; сталь повышенной обрабатываемости; котловая сталь; рессорно-пружинная сталь и др.

3.Качество. Качество стали определяется содержанием вредных примесей. Основные вредные примеси - это сера и фосфор. Также к вредным примесям относятся газы (азот, кислород, водород).

Сера попадает в сталь главным образом с исходным сырьём - чугуном. Содержание серы в углеродистых сталях допускается не более 0,06%. сера нерастворима в железе, она образует с ним соединение FeS - сульфид железа. при взаимодействии с железом образуется эвтектика (Fe + FeS) с температурой плавления 988 ⁰С. В этом случае при нагреве стальных заготовок для пластической деформации выше 900 ⁰С сталь становится хрупкой. При горячей пластической деформации заготовка разрушается. Это явление называется красноломкостью. Одним из способов уменьшения влияния серы является введение марганца, который образует соединение Mns с температурой плавления 1620 ⁰С. включения Mns пластичны и не вызывают красноломкости.

Фосфор попадает в сталь главным образом также с исходным чугуном, используемым для выплавки стали. содержание фосфора в углеродистых сталях допускается до 0,050%. До 1,2% фосфора растворяется в феррите, уменьшая его пластичность. Фосфор обладает большой склонностью к ликвации, поэтому даже при незначительном среднем количестве его в отливке всегда могут образоваться участки, богатые фосфором. Расположенный вблизи границ фосфор повышает температуру перехода в хрупкое состояние (хладноломкость). Поэтому фосфор, как и сера, является вредной примесью.

Скрытые примеси. Так называют присутствующие в стали газы - азот, кислород, водород - ввиду сложности определения их количества. Газы попадают в сталь при её выплавке. В твёрдой стали они могут присутствовать, либо растворяясь в феррите, либо образуя химические соединения (нитриды, оксиды). Также газы могут находиться и в свободном состоянии в различных пустотах (раковинах) внутри металла, образуя газовую пористость. Даже в очень малых количествах азот, кислород и водород сильно ухудшают пластические свойства стали. Содержание их в стали допускается 10^-2…10^-4 %. В результате вакуумирования стали их содержание уменьшается, свойства улучшаются.

По содержанию вредных примесей стали подразделяются:

• на стали обыкновенного качества (содержащие 0,04…0,06 % S, 0,04…0,08% P);

• стали качественные (содержащие 0,03…0,04% S и P);

• стали высококачественные (в конце марки пишется буква А); S< 0,03%; P  0,03%;

• стали электрошлакового переплава (в конце марки пишется буква Ш): S  0,01%, P  0,025%.