|
| |
|
Главная Промышленность   Рис. 5.20. Микроструктура отливки из конструк-ционнной углеродистой стали (о), X 200 и вид-манштеттовая структура горячедеформированной углеродистой стали (б), X 250 полняется принцип размерного и структурного соответствия, в результате чего кристаллы доэвтектоидного феррита ориентированно прорастают относительно кристаллической решетки аустенита и имеют форму пластин. Типичная структура литой стали и видманштеттовая структура горячедеформированной стали показаны на рис. 5.20. Размер зерна аустенита, образующегося после обработки давлением, как показывает опыт, определяется температурой окончания обработки: если температура окончания обработки давлением намного превышает Ас, то образуется крупнозернистый аустенит и после охлаждения-грубая структура продуктов распада. Если температура конца обработки давлением лежит в межкристаллическом интервале температур, между Л у и Лз, возникает другой структурный дефект-строчечность в расположении структурных составляющих - феррита и перлита, что обусловливает значительную анизотропию свойств. Строчечная структура стали значительно чаще возникает из-за загрязнения стали неметаллическими включениями, обычно сульфидами, а также в результате ликвации фосфора. При обработке давлением включения вытягиваются. Феррит, зарождаясь на вытянутых включениях, образует вытянутые скопления. Строчечность структуры, вызванная неметаллическими включениями, не исправляется отжигом. Горячекатаная сталь со строчечной т 61 структурой (рис. 5.21) имеет худшие механические свойства (прочность, пластичность и вязкость) в поперечном и высотном направлениях по сравнению с основным направлением деформации. Для полной перекристаллизации структуры конструкционные стали нагревают до температуры, превышающей температуру Ас на 30 - 50 °С. При более высоком нагреве произойдет укрупнение аустенитных зерен. После сквозного прогрева изделия следует медленно охлаждать, чтобы обеспечить в результате распада аустенита равновесную феррит-но-перлитную структуру и, соответственно, низкую твердость и высокую пластичность. Скорость охлаждения при отжиге выбирают в зависимости от степени леги-  Рис. 5.21. Строчечная структура конструкционной углеродистой стали (сернистые включения - центры кристаллизации доэвтектоидного феррита), X 250 рованности стали. Углеродистые стали получаются достаточно мягкими при скорости охлаждения 100-200 °С/ч. Легированные стали с более высокой устойчивостью переохлажденного аустенита нужно охлаждать медленнее, со скоростью 20-70 °С/ч. Высоколегированные стали экономичнее подвергать изотермическому отжигу, т. е. дать выдержку при температуре немного меньшей Аг, чтобы получить продукты распада аустенита с низкой твердостью. Охлаждение при отжиге чаше всего проводят вместе с печью. Сфероидизирующий отжиг инструментальных сталей (сфероидизация). Инструментальные стали для режушего, измерительного инструмента и для инструмента, деформирующего металл в холодном состоянии, содержат углерод в количестве от 0,7 до 2 %. Высокое содержание углерода обусловливает высокую твердость инструментальных сталей, что затрудняет их обработку резанием. Для снижения твердости такие стали отжигают. Для заэвтектоидных сталей сфероидизирующий отжиг, кроме того, подготовляет структуру к закалке. Наименьшую твердость имеют стали со структурой зернистого перлита, когда цементит перлита имеет округлую форму. Отсюда и название отжига-«сфероидизация». Зернистый перлит (рис. 5.22) в инструментальных сталях обычно получают путем нагрева сталей до температуры немного выше, чем Ас, 750-770 °С, и последуюшего медленного охлаждения или изотермической выдержки при субкритической температуре 650-680 °С. При нагреве до температуры, лишь немного превышающей критическую, даже в доэвтектоидных сталях сохраняются нераспавшиеся мелкие карбидные частицы, которые при охлаждении или изотермической выдержке выполняют роль центров кристаллизации сфероидального цементита. В заэвтектоидных сталях требуется Рис. 5.22. Микроструктура эвтектоидной углеродистой стали после сфероидизирующего отжига. Зернистый перлит, х250 сфероидизировать не только эвтек-тоидный цементит, но и цементит вторичный (избыточный), который при нарушениях режима обработки давлением выделяется в виде сплошных оболочек аустенитных зерен (на шлифе-сетка). Этот заэвтектоидный цементит сферои-дизируется труднее, чем цементит перлита, поэтому заэвтектоидные стали предварительно нагревают выше температуры Лс,, для распада цементита и охлаждают на воздухе. Такая обработка вызывает измельчение цементита и разрыв сетки цементита на границах зерен, что облегчает сфероидизацию при вторичном нагреве. Низко-, средне- и высоколегированные инструментальные стали сфе-роидизируют аналогичным образом, однако чаще вместо непрерывного охлаждения от температуры нагрева используют субкритические изотермические выдержки. Нормализация сталей. Нормализации, так же как и перекристаллизационному отжигу, чаще всего подвергают конструкционные стали после горячей обработки давлением и фасонного литья. Нормализация отличается от отжига в основном условиями охлаждения; после нагрева до температуры на 50-70 °С выше температуры Ас сталь охлаждают на спокойном воздухе. Нормализация-более экономичная термическая операция, чем отжиг, так как меньше времени затрачивается на охлаждение стали. Кроме того, нормализация, обеспечивая полную перекристаллизацию структуры, приводит к получению более высокой прочности стали, так как при ускорении охлаждения распад аустенита происходит при более низких температурах. Легированные конструкционные стали с повышенной устойчивостью переохлажденного аустенита после нормализации приобретают высокую твердость, затрудняющую последующую обработку резанием. В связи с этим после нормализации проводят отпуск при температурах, обеспечивающих получение требуемой твердости (650-750 °С, в зависимости от состава стали). После нормализации углеродистых и низколегированных сталей, так же как и после отжига, образуется ферритно-перлитная структура, однако имеются и существенные структурные отличия (сравните структуры на рис. 5.23). При ускоренном охлаждении, характерном для нормализации, доэвтектоидный феррит при прохождении температурного интервала Аг - Аг выделяется на границах зерен аустенита; поэтому кри-  сталлы феррита образуют сплошные или разорванные оболочки вокруг зерен аустенита - ферритную сетку. Нормализация позволяет несколько уменьшить анизотропию свойств, вызванную наличием в горячедеформированной стали вытянутых неметаллических включений. При ускоренном охлаждении (по сравнению с отжигом) возникает больше самопроизвольно образующихся центров кристаллизации, поэтому строчечность структуры менее резко выражена. Это дополнительное преимущество данного вида обработки. Свойства нормализованных горячекатаных полуфабрикатов существенно зависят от сечения: чем меньше сечение, тем быстрее произойдет охлаждение на спокойном воздухе и тем выше будет прочность стали. Закалка сталей. В большинстве случаев при закалке желательно получить структуру наивысшей твердости, т. е. мартенсит, при последующем отпуске которого можно понизить твердость и повысить пластичность стали. При равной твердости структуры, полученные при отпуске мартенсита, имеют лучшие механические свойства, чем структуры, полученные непосредственно в результате распада аустенита, за исключением нижнего бейнита. В зависимости от температуры нагрева закалку называют полной и неполной. При полной закалке сталь переводят в однофазное аустенитное состояние, т. е. нагревают выше критических Рис. 5.23. Микроструктура стали (0,4% С), X 300: а - после отжига; б - после нормализации  0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 [ 31 ] 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 |
