Главная  Промышленность 

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

Закаливаемость в прокаливаемость сталей. Закаливаемость и прокаливаемость-важнейшие характеристики сталей. Закаливаемость определяется твердостью поверхности закаленной детали и зависит главным образом от содержания углерода в стали. При закалке, различных деталей поверхность их, как правило, охлаждается со скоростью, большей v, следовательно, на поверхности образуется мартенсит, обладающий высокой твердостью.

При закалке любых деталей даже в самых сильных охладителях невозможно добиться одинаковой скорости охлаждения поверхности и сердцевины детали. Следовательно, если скорость охлаждения сердцевины при закалке будет меньше то деталь не прокалится насквозь, т. е. там не образуется мартенсит.

Прокаливаемостью называют способность стали закаливаться на определенную глубину. С помощью термокинетических диаграмм можно не только анализировать эту способность стали, но и определять ее, если известны кривые охлаждения закаливаемой детали в различных точках. Этот прием показан на рис. 5.14, где на термокинетическую диаграмму стали 45 нанесены кривые охлаждения в воде детали типа вала в точках, расположенных на поверхности (По) и в центре (Цё), на расстоянии 0,5R от поверхности вала (R радиус вала). Эти кривые получают

экспериментальным или расчетным путем. В данном случае кривые расположились так, что при указанных условиях охлаждения на поверхности и на расстоянии 0,5К от нее будет образовываться только мартенситная структура, а в центре вала-смесь перлита с бейнитом. Иногда на термокинетических диа-rpaiviMax указываются значения твердости стали после охлаждения с той или иной скоростью. В этом случае можно построить график изменения твердости по сечению цилиндрического образца данной стали. Такие графики (рис. 5.26), но полученные экспериментальным путем, приведены в справочниках и характеризуют прокаливаемость сталей.

Условились при оценке прокаливае-мости закаленными считать слои, в которых содержится не менее 50% мартенсита (полумартенситная зона). Установлено, что легирование стали любыми элементами, кроме кобальта, увеличивает прокаливаемость, так как при этом повышается устойчивость переохлажденного аустенита Для экспериментального определения прокаливаемости менее трудоемким оказался способ торцовой закалки (ГОСТ 5657-69). Цилиндрический образец диаметром 0,025 и длиной 0,1 м, нагретый до температуры закалки, охлаждают струей воды только с торца на специальной установке. После охлаждения измеряют твердость по образующей цилиндра и строят график изменения твердости по длине



<г>т


Рис. 5.26. Изменение твердое ги по сечению образцов из сталей 40 {а, б) и 40Х (в, г) после закалки от 830 °С в воде (а, в) и в масле (б, г)



Стрости охлакдения при юсе, С/с 105 23 115 7,5


О Б W 19 2UHM Расстояние от закаливаемого торца

Рис. 5.27. Изменение твердости по длине образца после торцовой закалки: /-твердость полумартенситной золы; / - сталь с низкой прокаливаемостью; 2 - сталь с высокой прокаливаемостью

образца (рис. 5.27). Оригинальным в этом способе является то, что каждая точка поверхности стандартного образца охлаждается с различной и вполне определенной скоростью. Сопоставление двух кривых на рис. 5.27 наглядно показывает, что сталь «2» имеет более высокую прокаливаемость, чем сталь «/». Прокаливаемость стали одной и той же марки в зависимости от изменений химического состава, размера зфна аустенита (температуры нагрева), размера и формы детали и др. колеблется в значительных пределах. В связи с этим в справочниках прокаливаемость стали каждой марки характеризуется не кривой, а полосой прокали-ваемости.

Отпуск закаленных сталей. Нагрев закаленных сталей до температур, не превышающих /4j, называют отпуском.

В результате закалки чаще всего получают структуру мартенсита с некоторым количеством остаточного аустенита, иногда-структуру сорбита, троос-тита или бейнита. Рассмотрим изменения структуры мартенситно-аустеншп-ной стали при отпуске.

При отпуске происходит несколько процессов. Основной-распад мартенсита, состоящий в выделении углерода

в виде карбидов, кроме того, распадается остаточный аустенит, совершаются карбидное превращение и коагуляция карбидов, уменьшаются несовершенства кристаллического строения «-твердого раствора и остаточные напряжения.

Фазовые превращения при отпуске принято разделять на три превращения в зависимости от изменения удельного объема стали. Распад мартенсита и карбидное превращение вызывают уменьшение объема, распад аустенита-увеличение объема.

На рис. 5.28 схематично показано изменение длины закаленного образца углеродистой стали при отпуске, в которой было значительное количество остаточного аустенита. В сталях, не содержащих легирующих элементов, первое превращение происходит в интервале температур 80-200 °С, второе-200-260 °С, третье-260-380 "С (рис. 5.28,/- /).

Первое превращение. Из мартенсита выделяется часть углерода в виде мета-стабильного е-карбида, имеющего гексагональную решетку и химический состав, близкий к FcjC. Весьма дисперсные кристаллы Е-карбида когерентны с решеткой мартенсита. Обеднение твердого раствора углеродом происходит неравномерно, наряду с участками мартенсита, обедненного углеродом (вблизи карбидов), сохраняются участки с исходным содержанием углерода. Первое превращение с очень малой скоростью идет и без нагрева.


во 200 2Б0 380

700t°C

Рис. 5.28. Изменение длины цилиндрического образца стали с содержанием углерода больше 0,6% при отпуске (схема)



Уменьшение количества растворенного углерода снижает тетрагональность мартенсита-длина образца уменьшается.

Содержание углерода в мартенсите в интервале температур первого превра-шения зависит от исходного количества углерода (рис. 5.29), тогда как при более высоком нагреве оно определяется лишь температурой.

Второе превращение. Одновременно происходит несколько процессов: продолжается распад мартенсита, распадается остаточный аустенит и начинается карбидное преврашение. Распад мартенсита распространяется на весь объем, концентрационная неоднородность твердого раствора исчезает; в мартенсите остается около 0,2% растворенного углерода. Распад остаточного аустенита происходит по механизму бейнитной реакции: образуется смесь кристаллов низкоуглеродистого мартенсита и дисперсных карбидов. При температурах около 250 °С начинается преврашение е-карбида в цементит; при этом когерентность решеток твердого раствора и карбида нарушается.

Если в закаленной стали было много остаточного аустенита, то уменьшение плотности при распаде будет большим, чем увеличение плотности, вследствие выделения углерода из мартенсита. В этом случае (см. рис. 5.29) длина закаленного образца увеличится.

Третье превращение. Завершаются


Рис. 5.29. Изменение содержания углерода в мартенсите при отпуске до 300 °С

распад мартенсита и карбидное преврашение. Из мартенсита выделяется весь пересышающий углерод в виде карбидов, тетрагональность решетки а-твер-дого раствора устраняется-мартенсит переходит в феррит. После отпуска при температуре 380400 °С в структуре стали обнаруживается только карбид цементитного типа. Оба указанные процесса вызывают увеличение плотности стали-длина образца уменьшается (см. рис. 5.29).

Ферритно-карбидная смесь, образовавшаяся в конце третьего превращения, весьма дисперсна и имеет примерно такую же твердость, как троостит (ее называют трооститом отпуска). Структуру стали, образовавшуюся при температурах первого и второго превращений, называют отпущенным мартенситом.

При более высоких нагревах в углеродистых сталях происходят изменения структуры, не связанные с фазовыми превращениями: изменяются форма, размер карбидов и структура феррита.

В интервале температур третьего превращения цементит имеет форму тонких пластин. С повышением температуры происходит коагуляция: кристаллы цементита укрупняются (более мелкие кристаллы распадаются, а более крупные растут); при этом форма кристаллов постепенно приближается к сфероидальной. Коагуляция и сферои-дизация карбидов происходят с заметной скоростью, начиная с температур 350-400 °С. Скорость этих процессов увеличивается при повышении температуры.

Изменения структуры феррита обнаруживаются, начиная с температуры около 400 °С: уменьшается плотность дислокаций, которая очень велика в мартенсите до отпуска, постепенно устраняются границы между пластинчатыми кристаллами феррита, в результате чего зерна феррита укрупняются и их форма приближается к равноосной; таким образом, с повышением температуры отпуска постепенно снимается фа-



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