ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Теория закалки стали из "Технология металлов " Закалка стали и образование неравновесных состояний. Выше указывалось, что в результате быстрого охлаждения сплава, предварительно нагретого выше точки превращения в твердом состоянии, получается неравновесное состояние. Такое неравновесное состояние сплава получается потому, что происходящие при этом в твердом состоянии фазовые превращения полностью или частично не успеют совершиться при нормальной для них температуре. [c.179] Нагрев сплава выше температуры превращения и последующее очень быстрое охлаждение до обыкновенной температуры, называется закалкой. Получаемое неравновесное состояние называется поэтому закаленным состоянием. При обыкновенной температуре закаленное состояние сохраняется более или менее продолжительное время без изменений вследствие недостаточной подвижности атомов металла для перехода в равновесное состояние. [c.179] Для закалки необходимы два главных условия достаточно высокая температура нагрева и быстрое охлаждение нагретой стали. Сталь должна нагреваться обязательно выше точки превращения для перевода ее в состояние аустенита, причем выдержка при этой температуре должна быть достаточной для перевода главной массы сплава в новое состояние. [c.179] Быстрое охлаждение при закалке необходимо для того, чтобы как можно скорее пройти те температуры (600—400°), при которых легко могло бы произойти превращение аустенита в перлит, и быстрее перевести неразложившийся аустенит в область температур, уже не допускающих нормального превращения. Эта скорость охлаждения называется критической и должна намного превосходить ту скорость, при которой получается равновесное состояние сплава. [c.179] Полная и неполная закалка. Сталь, нагретая выше линии GSE (рис. 64), переходит в состояние твердого раствора углерода в железе, имеющего решетку куба с центрированными гранями (у-железо). При быстром охлаждении в воде с этой температуры сталь становится очень твердой и хрупкой, т. е. получает полную закалку. [c.179] При медленном охлаждении сначала выпадает феррит при температуре от Аг до Аг или цементит при температуре от Ас до Лг1, а затем оставшийся твердый раствор при температуре Агх превращается в перлит. [c.179] При быстром охлаждении, например со скоростью 150— 200° в секунду, эти нормальные превращения не успевают произойти. Аустенит переохладится без изменений до 300—200° и лищь при дальнейщем охлаждении он перейдет в новую структуру, но теперь уже не в обычный перлит, а в мартенсит — особую структуру закаленной стали, имеющую игольчатое строение. Строение мартенсита в виде пересекающихся мелких игл. [c.180] Чем выше температура нагрева стали перед закалкой, тем крупнее иглы мартенсита и тем выше его хрупкость. [c.181] Нагрев доэвтектоидной стали до температуры, лежащей между A i и Асз( для заэвтектоидной стали между A i и Ас ), с последующим быстрым охлаждением называется неполной закалкой. При нагреве в промежутке температур A i — Лсз сталь будет в состоянии аустенит + феррит. При быстром охлаждении аустенит переходит в мартенсит, а феррит остается неизменным. Таким образом, при неполной закалке доэвтектоидной стали структура ее состоит из феррита и мартенсита, а твердость получается невысокой. [c.181] Нагрев заэвтектоидной стали до температур между A i и Ас вызывает в ней образование аустенита при сохранении вторичного цементита. При быстром охлаждении аустенит перейдет в мартенсит, а цементит не изменится. Структура окажется состоящей из мартенсита и цементита, при этом твердость будет высокой. [c.181] Свойства закаленной стали и ее применение в производстве инструментов и деталей машин. Обычной целью закалки является получение в стали мартенситной структуры с высокой твердостью, доходящей до НВ = 600—700 или HR = 60—67. Мартенсит закаленной стали хрупок, сопротивление удару у него низкое, а удлинение и сжатие площади поперечного сечения часто близки к нулю. Так как удельный объем мартенсита значительно больше объема аустенита и всех остальных структур, то сталь при закалке увеличивается в объеме. [c.181] Неравномерное увеличение размеров закаливаемой детали при образовании мартенсита является причиной больших структурных напряжений, возникающих при закалке. Коэффициент термического расширения мартенсита в полтора раза меньше коэффициента термического, расширения аустенита, что также способствует возникновению напряжений в стали при охлаждении, когда одновременно с мартенситом присутствует аустенит. Все это может привести к короблению и даже к растрескиванию деталей при закалке. [c.181] Правильное проведение закалки стали сводится к выбору соответствующей температуры нагрева, длительности выдержки при этой температуре и надлежащей скорости охлаждения. [c.181] Так как при неполной закалке сохраняются нерастворившие-ся островки мягкого феррита, то не достигается и максимальная твердость стали. Значительный же перегрев стали выше точки Асз перед закалкой вызывает рост зерна. [c.181] Для получения стали с наилучшими свойствами нормальная температура нагрева для закалки должна быть примерно на 20—30° выше Лсз. [c.182] Закалку крупных изделий из доэвтектоидной стали для получения надлежащей твердости производят иногда с температуры на 50—75° выше Асз, чтобы обеспечить получение мартенситной структуры в больших сечениях. Эвтектоидная сталь более чувствительна к перегреву. [c.182] Критические точки технических сортов стали (даже углеродистой), содержащих примеси, не совпадают обычно по температуре с точками диаграммы состояний системы железо — углерод. Повышенное содержание марганца или никеля позволяет снизить температуру нагрева для закалки стали, а кремний, хром и вольфрам, наоборот, требуют ее повышения. [c.182] Длительность выдержки при нагреве необходима для завершения процессов превращения. Она зависит от размеров изделия, его формы, начальной структуры и химического состава стали. Особенно важна выдержка при наличии в стали крупных включений карбидов. [c.182] Вода обладает большой охлаждающей способностью. Добавка к ней соли способствует быстрому удалению окалины и усиливает охлаждающее действие. Проточная вода и движение закаливаемого изделия в воде препятствуют образованию на изделии паровой рубашки, затрудняющей доступ холодной воды к поверхности охлаждаемой детали. Изделия сложной конфигурации с небольшой толщиной стенок и изделия из легированной стали или из стали с высоким содержанием углерода часто закаливают в масле, действующем слабее воды (умеренный охладитель). [c.182] Вернуться к основной статье