Структура стали после закалки и отпуска

Сталь после закалки: структура и свойства

Сталь в традиционном виде – очень мягкий и мягкий к отделке металл. Особенная крепость некоторым маркам (это говоря иначе стали обычного качества, изготавливаемые в соответствие с требованиями ГОСТ 380) и не требуется: тех критериев, что были получены после выплавки, абсолютно достаточно, к примеру, канализационным люкам или заградительным решёткам. Однако есть категории сталей – конструкционные и инструментальные, которым изначальных показателей прочности мало. Их надлежит подвергать обработке термическим путем. Ключевым её видом считается закалка.

Закалка: сущность операции

Как понятно, любая сталь собой представляет твёрдый раствор углерода в ключевой структуре ?-железа. При этом марка определяет в процентном отношении содержание углерода (к примеру, марка «сталь 65» значит, что в её составе содержится 0,65% С, сталь У13 имеет около 1,3% С, и так дальше). Однако такой элемент – довольно химически активный, по этому в процессе выплавки (при 1600…2000 °С) он активно связывается железом, организуя в результате цементит Fe₃C. Все остальное собой представляет феррит – достаточно мягкую структурную составляющую. Очень много феррита в малоуглеродистых сталях обуславливает их очень высокую эластичность, причём даже в холодном состоянии. Это не касается сталей:

1. легированных (они производятся в соответствие с требованиями ГОСТ 4543);
2. подшипниковых по ГОСТ 801;
3. рессорно-пружинных по ГОСТ 2052 и ГОСТ 14959;
4. различных типов инструментальных, как легированных, так и нелегированных.

Чтобы понимать результативность закалки, нужно обратиться к структуре стали после выплавки и следующей горячей прокатки на нужный профиль – полосу, пруток или специализированный профиль (уголок, швеллер и т.п.).

Любая сталь имеет кристаллическую структуру, которую составляет безграничное много кристаллов. Если лить сталь с дальнейшим охлаждением расплава, то эти кристаллы превращаются в многогранные образования, именуемые зёрнами. Потому как при этом происходит активное изобилие кислородом, между соседними кристаллами появляются пустоты, которые в процессе охлаждения слитка понемногу заполняются серой, фосфором и прочими легкоплавкими неметаллическими включениями. Это не только уменьшает эластичность (фосфор и сера – очень хрупкие элементы химии), но и содействует возникновению очень грубых скоплений зёрен, что выполняет металл неодинаковым по собственной плотности. Обрабатывать данные изделия невозможно – слиток начнёт раскалываться. По этому сразу же после выплавки делается прокатка, в процессе которой исходные изъяны залечиваются, и структура становится более гомогенной. Исходя из этого, растет плотность, а еще исчезают поверхностные трещины.

Температура заготовки в зависимости от цвета при нагревании

Пластическая дефармация благоприятно оказывает влияние исключительно на макроструктуру. За изменение микроструктуры отвечает закалка – совокупность технологических методов термообработки, суть которых состоит в увеличении показателей прочности стали. Смысл закалки состоит в том, чтобы закрепить ряд высокотемпературных составляющих микроструктуры (придающих стали устойчивость) для обыкновенных эксплуатационных условий изделий. Исходя из этого, сталь, не меняя собственного химического состава, резко увеличит уровень собственных отдельных механических параметров:

1. предела временного сопротивления ?_в, МПа;
2. предела текучести ?_т, МПа;
3. предела усталости ?_и, МПа;
4. твёрдости по Бринеллю HB или Роквеллу НRC.

При этом некоторые критерии – в особенности, вязкость к ударам, относительное удлинение, – после закалки становятся ниже. Если это критично с точки зрения следующей эксплуатационной стойкости детали (а во многих случаях так и происходит), то правильно после её закалки выполнить ряд дополнительных операций: отпуск, старение и др.

Температурные изменения в структуре

Закалка проходит очень часто для продукции, которая сделана из высококачественных конструкционных сталей, содержащих более 0,4% С, и почти всегда – для конструкционных легированных сталей, потому как конкретно для них в большинстве случаев и предъявляют очень высокие прочностные требования.

Выбор режима закалки зависит от назначения детали. Самые популярные следующие технологии:

• Термическая обработка малоуглеродистых конструкционных сталей (менее 0,2% С), для которых нужно комбинирование верхней твёрдости с довольно вязкой сердцевиной. В данном случае в первую очередь выполняют цементацию — изобилие поверхности добавочным количеством углерода, а уже потом сталь закаливают;
• Термическая обработка среднеуглеродистых сталей с 0,3…0,6% С. Они используются для изготовления ответственных машиностроительных изделий замысловатой формы, которые работают в условиях знакопеременных нагрузок. Нормализация всегда делается после закалки;
• Химико-термическая обработка, которая делается относительно высоколегированных сталей, где глубинные слои могут оставаться вязкими. Главные варианты выполнения подобной отделки – цианирование, нитридирование, сульфурирование – производятся также после закалки.

3 формы кристаллов железа в сверхвысокоуглеродистой стали

Все конструкционные стали относятся к виду доэвтектоидных: в процентном отношении содержание углерода в них не превышает 0,8%. В структуре стали после закалки в зависисмотси от условий нагрева есть следующие составляющие:

1. В температурном диапазоне до 723 °С – феррит и перлитовый песок (перлитовый песок собой представляет механическую смесь феррита и цементита, куда подмешиваются и карбиды легирующих компонентов).
2. Выше этой температуры и до 850…900 °С– смесь феррита с аустенитом, причём область устойчивого существования структуры зависит от процента углерода, и понемногу уменьшается от диапазона 950…723 °С до 0.
3. Ниже этой температурной линии структура считается уже чисто аустенитной.

Для отображения динамики изменений структуры в конструкционных сталях при их нагреве повсеместно используется популярная диаграмма «железо-углерод», по которой устанавливают режимы закалки и будущего отпуска. Часто здесь же приводятся и фотографии структурных составляющих.

Режимы закалки

Потому как при закалке растут не только характеристики прочности, но и хрупкость, технология правильного ведения процесса заключается в том, чтобы, с одной стороны, закрепить так можно приличное количество остающегося аустенита, а обратной стороны, уменьшить отрицательные проявления подобных изменений. Тем более это важно для деталей замысловатой формы, где уже есть концентраторы стрессов.

Задача решается быстрым охлаждением деталей, нагретых выше температуры аустенитного превращения на 30…50 °С, с дальнейшим отпуском. В качестве охлаждающей среды применяется вода или масло, а итогом такого охлаждения считается возникновение в микроструктуре мартенсита – пересыщенного твёрдого раствора углерода в железе. Мартенсит — намного более жесткая структура, с другим типом кристаллической решётки и игольчатой структурой кристаллов. Он считается говоря иначе метастабильной фазой, которая в традиционных условиях существовать не может.

Закалка делится на такие варианты:

1. Изотермическую, при которой делается постоянное охлаждение в масле, либо в расплавах солей хлоридов бария и натрия. В результате аустенитное превращение течет полностью, а в закалённом продукте исключаются трещинообразование и искривление. Изотермическая закалка и отпуск обязательны для конструкций замысловатой формы и основательных больших размеров.
2. Ступенчатую, при которой после закалки в ванной до завершения мартенситного превращения и выравнивания перепадов температуры по всему сечению, продукцию вынимают из закалочной ёмкости, и в последующем охлаждают уже на спокойном воздухе.
3. Сквозную, используемую для деталей маленьких размеров. В результате выходит самая высокая равномерность механических параметров.

3 вида отпуска после закалки

Характерности закалки инструментальных сталей находятся в том, что они работают при намного очень высоких эксплуатационных нагрузках: к примеру, для тяжелонагруженного инструмента они могут достигать 3000…3500 МПа. По этому очень и очень важно обеспечить неплохое комбинирование всех параметров прочности. Важным различием всех режимов закалки инструментальных сталей считается обязательность отпуска конкретно после закалки.

Лучший результат дают следующие режимы закалки:

1. Изотермическая.
2. Закалка с самопроизвольным отпуском, при которой нагретую деталь краткосрочно вынимают из охлаждающей среды (масла), чистят от появившейся плёнки окислов, после этого вновь опускают в масляную ванную.
3. Чистая, при которой нагрев ведут в печах с контролируемой атмосферой, свободной от окислов.
4. Светлая, когда продукция нагревается в щелочных расплавах.

Нагрев под закалку проводят преимущественно в электропечах или в газовых печах, обстановка которых имеет благородный газ. Так обеспечивается качество и полнота мартенситного превращения, исключаются неравномерность параметров и поверхностные изъяны.

Если вы нашли погрешность, пожалуйста, выдилите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.