7.5. Отпуск стали

Закалка стали сопровождается увеличением объема, что вызывает появление значительных внутренних напряжений, которые могут вызывать коробление изделий и появление трещин. Поэтому закаленные изделия всегда подвергают отпуску. При отпуске сталь нагревают ниже линии А_l выдерживают при этой температуре и охлаждают (обычно на воздухе или в масле). В зависимости от температуры различают низкий, средний и высокий отпуск.

Низкий отпуск (120 - 250 °С) применяют для инструментов, цементованных, цианированных изделий, которым необходимы высокая твердость (60 - 65 HRC) и износостойкость.

Средний отпуск (350 - 450 °С) на отпущенный троостит применяют для стальных пружин, рессор и упругих элементов приборов, которые в работе должны сочетать свойства высокой упругости, прочности и достаточной вязкости. Твердость троостита отпуска составляет 40 – 45 HRC.

Высокий отпуск (500 - 600 °С) на сорбит отпуска широко применяется к изделиям из машиностроительных сталей, содержащих от 0,35 до 0,5% углерода. Твердость данной структуры – 30 – 40 HRC.

Двойная операция (закалка с высоким отпуском) называется улучшением, так как после такой термической обработки сталь приобретает наиболее благоприятное сочетание механических свойств: высокую вязкость и пластичность.

Контрольные вопросы

1. Какие основные виды термической обработки вы знаете?

2. Каковы фазовые превращения в сплавах железа?

3. Что такое сорбит, троостит?

4. Какое превращение называют промежуточным?

5. Что такое бейнит? В чем отличие верхнего бейнита от нижнего?

6. Какие виды отжига вы знаете?

7. Как выбрать температуру для полного отжига? С какой целью его применяют?

8. Что такое нормализация?

9. Какие стали подвергаются неполной закалки, а какие – полной?

10. Какие виды отпуска вы знаете? В каких случаях проводят каждый из них?

11. Что такое улучшение?

Глава 8. Практика термической обработки стали

8.1. Химическое действие среды

При высокой температуре происходит химическое взаимодействие поверхности металла с окружающей средой, причем особое значение имеют два процесса:

1) обезуглероживание стали, связанное с выгоранием углерода в поверхностных слоях

С + О₂ → СО₂;

2) окисление стали, ведущее к образованию на поверхности окалины, окислов железа

2Fe + O₂ → 2FeO.

Интенсивность обезуглероживания и окисления стали зависит от температуры, состава стали и состава окружающей среды. Так как эти процессы диффузионные, то с повышением температуры они ускоряются.

8.2. Закаливаемость и прокаливаемость стали

Под закаливаемостью понимают способность стали повышать твердость в результате закалки. В первую очередь закаливаемость определяется в первую очередь содержанием углерода в стали. Чем больше в мартенсите углерода, тем выше его твердость. Стали, содержащие менее 0,35 % углерода, мало упрочняются при закалке и считаются не обладающими закаливаемостью.

Под прокаливаемостью понимают способность стали закаливаться на большую глубину. В момент закалки массивная деталь не может быстро охладиться на всю толщину, критическая скорость охлаждения, необходимая при закалке, достигается лишь в поверхностном слое. Структура поверхностного слоя является мартенситной или троосто-мартенситной. Тогда как слои металла, лежащие в глубине детали, охлаждаются медленно, и аустенит в них успевает распадаться в троостит, сорбит и даже в перлит.

Чем медленнее происходит превращение аустенита в перлит , чем правее расположены линии на диаграмме изотермического распада аустенита, чем глубже прокаливаемость. На скорость распада аустенита влияют следующие факторы:

– состав аустенита. Все элементы, растворимые в аустените (за исключением кобальта), замедляют превращение;

– нерастворенные частицы (карбиды, оксиды, интерметаллические соединения). Эти частицы ускоряют превращение, так как являются дополнительными центрами кристаллизации;

– неоднородный аустенит. Он быстрее превращается в перлит;

– размер зерна аустенита. Увеличение зерна замедляет превращение.

Для практической оценки прокаливаемости используют величину, которая называется критическим диаметром, т.е. максимальным диаметром образца, способным прокалиться насквозь. Прокаливаемость зависит не от содержания углерода, а от наличия легирующих элементов. Именно прокаливаемостью и оправдывается в основном необходимость использования более дорогостоящих легированных сталей. Однако легирующие элементы повышают прокаливаемость, только если они растворены в аустените. Если же они находятся в виде химических соединений, например карбидов, то могут облегчить распад аустенита