Температуры мартенситного превращения

М артенситное превращение протекает в интервале температур М_н..М_к и на положение температур влияет содержание С в аустените. М_н – температура начала мартенситного превращения – она всегда положительна: . Минимальное её значение - 50°С. М_К – температура конца мартенситного превращения – снижается в зависимости от содержания углерода. До 0,6%С – положительна ( . А при более высоком содержании углерода (> 0,6%C) – .

Пример: сталь К10: .

Изменение свойств стали при закалке на мартенсит

Наблюдается существенное упрочнение, что является результатом действия нескольких механизмов:

1. Важная роль в упрочнении принадлежит углероду.

2. Мартенсит, полученный в результате сдвиговой перестройки решётки, характеризуется повышенной плотностью дефектов кристаллического строения, т.е. двойниковые прослойки и дислокации. Плотность дислокаций в мартенсите достигает максимального значения , т.е. как при холодной деформации. Границы двойников и сплетение дислокаций служат препятствием для скольжения дислокаций, что и упрочняет мартенсит.

3. Фазовый наклёп, возникающий при мартенситном превращении, и вносит свой вклад в упрочнение.

Способность стали к повышению твёрдости при закалке называется закаливаемостью, которая характеризуется максимальной твёрдостью, которая может быть получена при закалке данной марки стали. Твёрдость, например, стали 20 – 30 HRC, стали У10 – 60-62 HRC. Углеродистые стали с содержанием углерода до 0,3% относятся к группе незакаливающихся сталей, больше 0,3% - к закаливающимся.

Вывод: сильное упрочнение сталей при закалке на мартенсит обусловлено образованием пересыщенного α-твёрдого раствора углерода, появлением большого числа дислокаций и двойниковых прослоек, образованием на дислокациях атмосфер из атомов углерода, выделением из α-раствора дисперсных частиц карбида.

22. Способы закалки. Дефекты закалки

С пособы закалки

При закалке возникает высокий уровень напряжения, который связан с протеканием фазового превращения, а так же за счёт термических напряжений, которые связаны с условиями охлаждения. В некоторых случаях этот высокий уровень напряжений может приводить к деформации детали, изменению формы детали, а так же образованию трещин. В практике термической обработки используются несколько способов закалки (охлаждения) для уменьшения величины остаточных напряжений.

Первый способ: охлаждение в одном охладителе. Это самый простой способ закалочного охлаждения, но при этом способе могут возникать большие остаточные хрени напряжения из-за неоднородного и неодновременного превращения аустенита в мартенсит по сечению детали, а так же из-за сложной конфигурации детали. Остаточные напряжения могут уменьшаться, если скорость охлаждения понижается в интервале температур М_Н..М_К. Например, скорость охлаждения в минеральных маслах в интервале этих температур меньше чем в воде.

Второй способ: закалка в двух средах. Например, через воду в масло. После нагрева под закалку деталь погружается в воду и находится в воде для преодоления минимальной устойчивости аустенита, а затем переносится в более мягкий охладитель – минеральное масло. Мартенситное превращение происходит в условиях более медленного охлаждения. Такой способ применяют для углеродистых инструментальных сталей.

Третий способ: ступенчатая закалка. При данной закалке деталь нагревается до температуры закалки, а затем деталь переносят в жидкую среду, имеющую температуру на 50°..100°С выше М_Н данной стали, выдерживают некоторое время до выравнивая температуры по сечению, а затем охлаждают на воздухе. В качестве жидкой среды используют расплавы селитр. Получение мартенсита при этом способе охлаждения возможно для сталей с большой устойчивостью переохлаждённого аустенита (легированные стали). При ступенчатой закалке возможна правка деталей, которая осуществляется до начала мартенситного превращения в аустенитном состоянии.

Четвёртый способ: изотермическая закалка. В некотором случае невозможно получить достаточно высокие показатели прочности и пластичности при закалке на мартенсит с последующим отпуском. Тогда применяется изотермическая закалка для получения структуры нижний бейнит. Температура распада аустенита на 50°-100° выше температуры мартенситного превращения, и выдержка при температуре для полного распада аустенита в бейнит. Далее идёт охлаждение на воздухе. В некоторых случаях изотермическая выдержка выбирается при более высокой температуре (500° - 550°С) для получения сорбитной структуры из аустенита.

Ещё один вид закалки: обработка холодом. Проводится для сталей, имеющих отрицательную температуру конца мартенситного превращения (М_К < 0). Такие стали и детали из них переносятся после конца охлаждения в холодильные камеры, и охлаждаются до температур ~ -70°C. В результате такого охлаждения происходит переход аустенита в мартенсит во всём интервале температур М_Н..М_К. После обработки холодом остаточного аустенита может быть 1-2%. Обработке холодом подвергают измерительные инструменты, детали подшипников качения, цементованные стали из легированной стали.

Д ефекты закалки

При нарушении температуры нагрева под закалку может происходить недогрев и перегрев.

Дефекты доэвтектоидной стали. Нагрев до точки 3. В точке 1 – Ф + П. В точке 2 – . Т.о. при недогреве снижаются прочностные и пластические свойства. В точке 3 – . В точке 4 – и получается очень большое аустенитное зерно, при охлаждении получеам крупноигольчатый грубопластинчатый мартенсит. Перегрев ведёт к понижению пластичной вязкости.

Дефекты для заэвтектоидной стали. В точке 1: . Температура - 750°-780°С. При охлаждении – мартенсит и цементит вторичный. Сталь обладает высокой твёрдостью. В точке 2: . Твёрдость при этом снижается из-за остаточного аустенита. Это раз. И всё-таки высокая температура нагрева приводит к присутствию крупноигольчатого мартенсита. Если скорость охлаждения будет ниже V_крит, то мы не получим мартенсита. Если будет очень высокая скорость охлаждения, то возможно образование трещин.