Технология термической обработки стали
Соколов К. Н.
Машгиз, 1954 г.
ОСОБЕННОСТИ ПРОВЕДЕНИЯ ЗАКАЛКИ И ОТПУСКА ЛЕГИРОВАННЫХ КОНСТРУКЦИОННЫХ СТАЛЕЙ
Наиболее часто окончательная операция термической обработки легированных конструкционных сталей состоит в улучшении (закалке с высоким отпуском). Преимущества легированных сталей в полной мере проявляются только после закалки и отпуска.
Особенности закалки и отпуска легированных сталей определяются действием легирующих элементов на кинетику процессов фазовых превращений. Температура нагрева под закалку назначается не только в зависимости от положения критических точек при нагреве, но и с учетом кинетики растворения карбидов. Карбиды легирующих элементов труднее, чем Fe3C, растворяются в аустените и по: этому требуют повышения температуры нагрева под закалку и более длительных выдержек при температуре нагрева. Увеличение устойчивости переохлажденного аустенита в легированных сталях облегчает проведение операции охлаждения при закалке, позволяя получать более глубокую прокаливаемость даже при малых скоростях охлаждения. Применение в качестве охлаждающих сред вместо водымасла или воздуха резко снижает напряжения при закалке устраняет опасность образования закалочных трещин. Однако существование для легированных конструкционных сталей зоны ускоренного распада аустенита во второй ступени требует для получения чисто мартенситной структуры высокой скорости охлаждения в интервале температур 350—250°.
Ранее было указано, что при отпуске на сорбит продукты распада второй ступени (особенно в нижней ее части) мало отличаются по свойствам от чистого мартенсита. Поэтому в конструкционных легированных сталях допускают присутствие в структуре продукте» распада второй ступени, а главная роль легирующих элементов заключается в возможности получения после закалки и отпуска сорбитной структуры в больших сечениях. При низком отпуске (180—200°) легированных сталей присутствие в структуре продуктов частичного распада аустенита в верхней зоне второй ступени снижает механические свойства закаленной стали. Несмотря на это при обработке на твердость 45—55 RС часто преимущество получения более высоких механических свойств находится на стороне изотермической закалки. Однако при изотермической закалке легированных сталей часто распад аустенита не доходит до конца ;г при охлаждении может образоваться некоторая часть мартенсита, поэтому после изотермической закалки легированных сталей необходим дополнительный низкий отпуск.
Следующая особенность закалки легированных сталей заключается в сохранении при комнатных температурах некоторого количества остаточного аустенита. Количество остаточного аустенита возрастает с повышением содержания углерода, увеличением степени легированности аустенита и замедлением скорости охлаждения в мартенситном интервале. Остаточный аустенит, распадаясь во время нагрева при отпуске, может вызвать или усилить явление низко температурной хрупкости. При низком отпуске сохранение остаточного аустенита повышает вязкость, но снижает твердость.
Присутствие остаточного аустенита в структуре некоторых легированных сталей уменьшает склонность их к деформации: увеличение объема стали в результате образования мартенсита компенсируется малым удельным объемом остаточного аустенита. Для уменьшения напряжений при закалке легированных сталей следует рекомендовать: небольшое подстуживание перед погружением в масло, неполное охлаждение в закалочном баке (до 100—200°) с последующим охлаждением на воздухе и ступенчатую закалку в горячих средах.
Отпуск легированных конструкционных сталей также имеет ряд особенностей. Как было указано ранее, высокий отпуск (выше 500° легированных конструкционных сталей (марганцевых, хромистых кромоникелевых и др.) с последующим медленным охлаждением приводит к развитию высокотемпературной отпускной хрупкости, выражающейся в резком снижении ударной вязкости. Для получения высоких значений ударной вязкости приходится после отпуска проводить быстрое охлаждение, а для снятия напряжений подвергатьдетали дополнительному отпуску при температурах ниже 500°Смедленным охлаждением. Получения высоких значений ударной вязкости можно достичь также введением в сталь молибдена или вольфрама. Средние температуры отпуска (300—400°) легированных сталей вызывают низкотемпературную отпускную хрупкость которая в кремнистыхсталях может проявиться при отпуске до температуры 500°С.
В углеродистой стали увеличение времени выдержки при отпуске несколько повышаетударную вязкость. В легированных конструкционных сталях излишне длительная выдержка при отпуске приводит к ухудшению ударной вязкости и не может быть рекомендована. При низких температурах отпуска (200—250°) большая выдержка ведет к развитию низкотемпературной хрупкости (фиг. 51), а при температурах 450—500° — к появлению высокотемпературной хрупкости. При очень длительных выдержках при повышенных температурах (400—450°) хрупкость обнаруживается даже в хромоникелемолибденовых сталях, которые в обычных условиях не обладают склонностью к отпускной высокотемпературной хрупкости. Это явление получило название тепловой хрупкости и для ее уменьшения требуется повышение в стали содержания молибдена или вольфрама.