4. Закалка

Температуры превращения перлит в аустенит растут с по­вышением вольфрама и составляют 750—770°С у вольфрамомолибденовых сталей с 6—8% W. Аустенит, образующийся при 800—850°С, из-за небольшой концентрации углерода в перлите — низкоуглеродистый, поскольку часть углерода связана в карбидах Cr, W, Mo и V.

Насыщение аустенита достигается растворением вторичных карбидов в широком интервале температур — выше А₁.

С повы­шением температуры нагрева увеличивается также скорость их растворения. Предельное для данной температуры насыщение легирующими элементами протекает за 10—15 мин при 1000°С, 1—2 мин при 1110°С и за 30—60 с при 1250—1280°С.

Даже при очень высоком нагреве растворяется лишь часть карбидов: примерно 70% в стали Р6М5. Растворение карбидов опре­деляется не только температу­рой, но и их типом. При более низких темпе­ратурах 950—1000°С раство­ряется карбид М₂₃С₆, что насыщает аустенит хромом, углеродом, а за счет него повышается твердость.

Растворение основного кар­бида М₆С протекает при более высоком нагреве 1050—1300°С. Это позволяет перевести в аусте­нит до 6—7% W, дополни­тельно 0,5—0,8% Сг и некото­рое количество ванадия (1 %), присутствующих в карбиде.

Насыщение вольфрамом происходит в широком интервале. В первую очередь растворяются вольфрамо-молибденовые карбиды М₆С: Fe₃Mo₃C и Fe₃W₃C. Концентрация вольфрама в растворе возрастает не более чем до 7,5%.

Насыщение молибденом про­текает аналогичным образом: концентрация в растворе в вольфрамомолибденовых 2,7—2,8%.

Насыщение ванадием (до 0,8—1,5%) происходит за счет растворения карбидов М₂₃С₆ и М₆С.

При 1000—1150 °С растворяются в первую очередь мелкие карбиды, в том числе и располагающиеся ориентированно по границам зерен, а при нагреве выше 1150 °С — и крупные карбиды.

Отпуск

Первый отпуск сначала снижает твердость, но повышает проч­ность, пластичность и вязкость. Это — следствие уменьшения концентрации углерода в мартенсите, выделения цементитного карбида и его коагуляции. В результате увеличивается количество карбидного осадка, получаемого электролитическим растворе­нием, и в нем повышается содержание железа. В мартенсите при этом немного уменьшается концентрация хрома и вольфрама: содержание ванадия остается практически неизменным. Это указывает на то, что образующийся карбид М₃С содержит хром и вольфрам в соотношении, близком к их концентрации в α-фазе.

Выделение цементита, как легко коагулирующего, не вызы­вает охрупчивания. Прочность и вязкость немного возрастают за счет уменьшения концентрации углерода в мартенсите.

Карбид М₃С выделяется в качестве промежуточной метастабильной фазы – это ε-карбид - карбид с гексагональной плотноупакованной решеткой, который выделяется в первой стадии отпуска из мартенсита. Выделяющийся карбид должен обладать «решеткой», которая может сопрягаться с решеткой исходной мартенситной фазы подобными кристаллографическими плоскостями, параметры которых отличаются минимально. Такое структурное соответствие и взаимная ориентировка существуют для мартенсита и цементита.

Отпуск у стали Р6М5 многократный и его роль заключается в том, что он повышает сопротивление пластической деформации из-за превращения аустенита, наибольшее количество которого превращается при первом отпуске. Однако это мартенситное превращение аустенита при охлаждении вызывает новые напряжения и ухудшает механические свойства.

Второй отпуск снимает напряжения, созданные охлаждением при первом отпуске, и вызывает новые, но меньшие напряжения в результате превращения дополнительных порций аустенита.

При третьем и четвертом отпуске эти напряжения полностью снимаются, и поэтому наблюдается повышение прочности и вязкости.