Механические свойства стали.

Сортамент	Размер	Напр.	Предел кратковр. прочности	Предел пропор-ти	Отн. удл-ие при разрыве	Отн. суж.	Уд.вязк.	ТО
-	мм	-	МПа	МПа	%	%	кДж/м2	-
Пруток, ГОСТ 4543-71	d=25		1030	930	13	50	880	закалка 860оС, масло; отпуск 580оС, масло

Твердость материала 40ХМФА после отжига HB=269

Структурный класс: сталь 40ХМФА относится к перлитному классу. До термической обработки имеет ферритно-перлитную структуру.

Структура: после термической обработки получаем сорбит.

Влияние легирующих элементов на механические свойства.

Хром увеличивает прокаливаемость, способствует мелкозернистости.

Молибден существенно увеличивает прокаливаемость, способствует мелкозернистости стали и повышению свойств в поперечном направлении, препятствует хрупкости, возникающей при медленном охлаждении и процессе отжига.

Марганец существенно увеличивает прокаливаемость.

Кремний замедляет процесс разупрочнения при отпуске, увеличивает прокаливаемость, существенно улучшает механические свойства при закалке.

Ванадий повышает прочность отливок, способствует мелкозернистости стали, имеет высокую устойчивость к истиранию. Мелкокристаллическая структура обусловливает также высокую ударную вязкость и большую усталостную прочность ванадиевой стали.

Технология процесса азотирования стали 40ХМФА.

Процесс азотирования стали 40ХМФА состоит из предварительной термической обработки заготовки (закалки и высокого отпуска), механической обработки деталей, защиты участков, не подлежащих азотированию и непосредственно операции азотирования.

Предварительная термическая обработка заготовки.

Эта операция состоит из закалки и высокого отпуска стали для получения повышенной прочности и вязкости в сердцевине изделия.

До термической обработки сталь имеет перлитную структуру.

Закалка – это нагрев стали выше тоски А_с3, выдержке и последующем охлаждении со скоростью, превышающей критическую. Для стали 40ХМФА температура нагрева будет 860^оС. Учитывая что критические тоски А_с1=650^оС, А_с3=805^оС. После нагрева мы должны выдержать и охладить сталь. Охлаждение при закалке должно обеспечивать получение структуры мартенсита и не должно вызывать закалочных дефектов: трещин, деформаций, коробления и высоких растягивающих остаточных напряжений в поверхностных слоях. Для стали 40ХМФА охлаждение проводим в масле. Масло как закалочная среда имеет следующие преимущества: небольшую скорость охлаждения в мартенситном интервале температур, что уменьшает возникновение закалочных дефектов и постоянство закаливающей способности в широком интервале температур (20-150^оС). К недостаткам следует отнести повышенную воспламеняемость, недостаточную стабильность и низкую охлаждающую способность в области температур перлитного превращения, а также повышенную стоимость.

Закалка не является окончательной операцией термической обработки. Чтобы уменьшить хрупкость и напряжения, вызванные закалкой, и получить требуемые механические свойства, сталь после закалки обязательно подвергают отпуску.

Отпуском называется нагрев закаленной стали до температур ниже критической точки А_с1, выдержка при этой температуре с последующим охлаждением (обычно в воздухе). Отпуск является окончательной термической обработкой.

Целью отпуска является изменение строения и свойств закаленной стали: повышение вязкости и пластичности. Уменьшается твердость. Кроме того, при отпуске частично или полностью устраняются внутренние напряжения.

В зависимости от температуры нагрева различают три вида отпуска:

Низкий отпуск – нагрев до 200^оС. Применяется для снятия внутренних напряжений (структура: мартенсит опущенный).

Средний отпуск – нагрев на 250-500^оС. Повышает пластичность (структура: мелкозернистая ферритно-цементитная смесь – троостит).

Высокий отпуск – нагрев до 500-680^оС. Создает наилучшее соотношение прочности и вязкости стали (структура: сорбит отпуска).

Для данной стали необходимо провести высокий отпуск при температуре 580^оС, превышающей максимальную температуру последующего азотирования и обеспечивающей получение твердости, при которой сталь можно обрабатывать резанием.

При высоком отпуске в стали ускоряются диффузионные процессы ,происходит выделение избыточных атомов углерода в виде цементита, т.е. мартенсит распадается на феррито-цементитную смесь. Полное выделение углерода из мартенсита обуславливает снятие внутренних напряжений, связанных со структурными превращениями при закалке. Получится структура, сочетающая достаточно высокую твердость и повышенную ударную вязкость, которые в данных условиях работы необходимы.

Также следует учесть, что исходная сталь склонна к отпускной хрупкости (охрупчивание стали при отпуске), поэтому охлаждение должно быть быстрым. Связано это с тем, что при высоком отпуске по границам зерен происходит образование и выделение дисперсных включений карбидов. Пограничная зона обедняется легирующими элементами. При последующем медленном охлаждении происходит диффузия фосфора к границам зерна. Пограничные зоны обогащаются фосфором, снижается прочность и ударная вязкость. Этому дефекту способствует хром ,марганец и фосфор. Если же сталь охладить быстро, то границы зерен не успеют обогатиться фосфором и охрупчивание стали наблюдаться не будет.

Таким образом, сталь 40ХМФА подвергли улучшению (термическая обработка, состоящая из закалки и высокого отпуска). В результате получили структуру сорбит.

Механическая обработка деталей, а также шлифовка и доводка, которых придают окончательные размеры детали.

Защита участков, не подлежащих азотированию, нанесением тонкого слоя (0,01-0,015 мм) олова электролитическим методом или жидкого стекла. Олово при температуре азотирования расплавляется на поверхности стали в виде тонкой не проницаемой для азота пленки.