Особенности термической обработки легированных сталей

Полностью использовать влияние легирующих элементов позволяет термическая обработка, и поэтому применять легированные стали без термической обработки нецелесообразно. О влиянии легирующих элементов на положение и вид С-кривых, а также на критическую скорость закалки описано выше, поэтому особенности термической обработки разберём на примере сталей 30 ХГСА и 40 ХНМА⁵.

Сталь марки 30ХГСА Хромомарганцевокремнистая сталь (хромансиль) является основной самолетной сталью и обладает высокими механическими свойствами и хорошей свариваемостью. Механические свойства, требуемые техническими условиями от материала различных деталей, изготовляемых из хромансиля, обеспечиваются проведением соответствующей окончательной термической обработки этих деталей. Применяют два вида для окончательной термической обработки хромансиля: или закалку с отпуском, или изотермическую закалку.

Термическая обработка стали 30ХГСА. Температура нагрева для закалки, отжига и нормализации детали из стали 30ХГСА составляет 880±10⁰. Закалочной средой во всех случаях служит масло. Нагрев деталей из хромансиля для закалки часто осуществляется в двух печах: в печах подогрева и в печах окончательного нагрева. Температура подогрева устанавливается равной 800-8500, т.к. хромансиль имеет плохую теплопроводимость. Тонкие детали из стали 30ХГСА после отпуска при температуре 450-600⁰ можно охлаждать на воздухе, а детали толщиной более 20 мм - в тонкой воде или масле во избежание возникновения отпускной хрупкости. В таблице 2 приведены температуры отпуска, устанавливаемые при обычной обработке для стали 30ХГСА, а также температуры изотермической закалки изделий из нее на заданную прочность.

Таблица 2

Марка	σв, кгс/мм2	Твердость по Роквеллу, HRC	Температура отпуска, ºС	Температура изотермической закалки, ºС
30ХГСА	70-90	19-27	660-680	-
	80-100	23-30	620-640	-
	90-110	27-34	580-600	-
	100-120	30-37	540-560	-
	110-130	34-39	520-540	370-400
	120-140	37-41	480-500	360-390

Изотермическая закалка. В последнее время широкое применение получила изотермическая закалка стали 30ХГСА и, в частности, светлая изотермическая закалка. Главное преимущество изотермической закалки для хромансиля, также как и для ряда других конструкционных сталей, заключается в том, что закаленная изотермически сталь обладает меньшей чувствительностью к надрезам и действию других концентраторов, чем сталь, закаленная обычным способом и отпущенная. Изотермическая закалка значительно увеличивает ударную вязкость стали по сравнению с обычной закалкой и отпуском стали на тот же предел прочности и значительно увеличивает пластичность стали в надрезе. Последнее обстоятельство отражается на увеличениии конструктивной прочности деталей. Для получения высокой ударной вязкости изотермическую закалку деталей из стали 30ХГСА следует проводить только в температурном интервале 360-400⁰, т.к. в стали 30ХГСА при изотермическом превращении выше 410⁰ происходит диффузионный распад аустенита с образованием феррито-цементитной смеси. В интервале от 410⁰ до температурыначала мартенситного превращения Mn превращение аустенита имеет ряд особенностей, присущих как перлитному (диффузионному), так и мартенситному (бездиффузионному) превращению. В результате распада аустенита образуется смесь цементита и феррита, который несколько пересыщен углеродом и имеет игольчатое строение. Такая структура называется «бейнит» и имеет повышенную ударную вязкость.

Зависимость ударной вязкости после закалки с отпуском и изотермической закалки дана на рисунке 20.

Рисунок 20 - Зависимость ударной вязкости стали 30ХГСА после закалки с отпуском и изотермической закалки

Сталь марки 40ХНМА. Сталь 40ХНМА обладает высокой прочностью и вязкостью, применяется для изготовления ответственных деталей, подвергаемых закалке и отпуску (валы, коленчатые валы муфты, оси, шатуны, ответственные болты, шпильки, шестерни и другие нагруженные детали). Прокаливаемость стали 40ХНМА высокая: до Ø 80 мм при охлаждении в масле, до Ø 120 мм при охлаждении в воде. Критические точки: А_С1= 727⁰С; А_С3 = 810⁰С.