8. Мартенситное превращение,

ЗАКАЛИВАЕМОСТЬ СТАЛИ

Ц е л ь р а б о т ы: изучение закалки, как технологической операции термической обработки стали; влияние химического состава, температуры нагрева и скорости охлаждения на твердость и структуру закаленной стали.

8.1 Закалка и ее влияние на структуру

и свойства стали

Закалкой называется операция термической обработки, при которой производится нагрев доэвтектоидных сталей до температур на 30-50 ^оС выше критической точки Ас₃, заэвтектоидных сталей – на 30-50 ^оС выше Ас₁, выдержка и охлаждение со скоростью выше критической. Цель закалки – придать стали высокую твердость и прочность.

Таким образом, температура закалки зависит от состава стали. Для углеродистых сталей ее можно определить по диаграмме железо-углерод (рис. 8.1.).

Рис. 8.1 – Интервал температур закалки углеродистых сталей

В качестве охлаждающих сред при закалке используются вода, водные растворы солей и щелочей, минеральное масло. В ряде случаев применяются расплавленные соли и щелочи. Для углеродистых и некоторых низколегированных сталей применяется вода, для легированных сталей, обладающих меньшей критической скоростью закалки, в качестве охлаждающей среды используется масло. Охлаждение в расплавленных солях и щелочах производится при ступенчатой и изотермической закалке.

39

Рассмотрим превращения аустенита на примере углеродис-той эвтектоидной стали (рис.6.1,а). При охлаждении с малой скоростью V₁ распад аустенита происходит несколько ниже критической точки А₁, то есть при небольшом переохлаждении. После охлаждения сталь имеет грубодифференцированную перлитную структуру и обладает низкой твердостью.

С увеличение скорости охлаждения (V_2, V₃) температурный интервал превращения аустенита смещается вниз, образуются более дисперсные феррито-цементитные смеси (сорбит, троостит), прочность и твердость стали возрастает.

В некотором диапазоне скоростей охлаждения (V₄) и др. в феррито-цементитную смесь превращается не весь аустенит, а часть его, будучи переохлажденной ниже температуры начала мартенситного превращения М_н, превращается в мартенсит. После охлаждения структура стали состоит из троостита и мартенсита.

При больших скоростях охлаждения (V₃, V₄) переохлаж-денный аустенит полностью сохраняется до температуры М_н и превращается в мартенсит – происходит закалка стали. Структура закаленной стали состоит из мартенсита и некоторого количества остаточного аустенита, при этом сталь приобретает наибольшую твердость и прочность.

Минимальная скорость охлаждения, при которой весь аустенит сохраняется до температуры М_н и превращается в мартенсит (в нашем примере V₅), называется критической скоростью закалки. Величина критической скорости закалки зависит от устойчивости переохлажденного аустенита, которая, в свою очередь, определяется в основном химическим составом стали – содержание углерода и легирующих элементов.

В отличие от эвтектоидной, в доэвтектоидных сталях (рис.6.1,а и 6.1,в) перлитному превращению предшествует выделение из аустенита феррита, а в заэвтектоидных – цементита. Кроме этого, на многих диаграммах имеется еще область промежуточного превращения, в которой аустенит превращается в бейнит. Особенно сильно выражена эта область у легированной стали (рис.6.1,в).

Легирующие элементы оказывают влияние на устойчивость переохлажденного аустенита. Все элементы (за исключением кобальта) увеличивают устойчивость аустенита и, таким образом, уменьшают критическую скорость закалки.

Термокинетические диаграммы позволяют получать важную практическую информацию о структуре и механических свойствах стали после термической обработки. Для этого на термокинетическую диаграмму необходимо наложить кривые охлаждения, построенные для различных сечений изделия в том

40

же масштабе. На рис.6.2 приведены такие кривые охлаждения сердцевины и поверхностной зоны (0,5мм от поверхности) для цилиндрических образцов диаметром 28 и 95мм, охлажденных в разных средах.

Рисунок 6.2 – Кривые охлаждения сердцевины (жирные) и поверхности (тонкие линии) при охлаждении цилиндрических образцов диаметром 28 мм (а) и 95 мм (б): 1 – в воде; 2 – в масле; 3 – на воздухе

По расположению кривых охлаждения относительно линий диаграммы можно получить достаточно точное представление о распределении структуры и твердости по сечению изделия после охлаждения в данных условиях.