Влияние закалки на свойства и структуру сталей
Закалка – это термическая обработка стали, производящаяся для улучшения механических качеств металла.
Закалка придает недорогим сортам стали более высокие эксплуатационные качества. Благодаря этому значительно уменьшается стоимость готовых изделий, что повышает прибыльность производства. К основным целям закалки относятся:
- снижение веса готового изделия при сохранении твердости и прочности,
- увеличение твердости поверхностного слоя,
- увеличение показателей прочности,
- снижение пластичности до необходимого уровня, что способствует увеличению сопротивления на изгиб.
Существует большое количество методов закалки стали, результаты которых существенно отличаются друг от друга. К самым важным режимам нагрева относятся: температура нагрева, скорость охлаждения, время выдержки стали при установленной температуре, а также время, которое необходимо для нагрева. Изменение свойств и структуры стали при закалке происходит в зависимости от перечисленных показателей, среди которых наиболее важным является температура нагрева. От этого зависит то, каким образом будет происходить изменение атомной решетки. Например, время выдержки при процессе закалки выбирается таким образом, чтобы оно соответствовало тем требованиям какой прочностью и твердостью должно обладать готовое изделие. Температура нагрева при закалке температура нагрева зависит от содержания в стали углерода и прочих примесей. При закалке необходимо учитывать следующие моменты. Во-первых, закалка направлена на увеличение твердости, однако, при этом стоит учитывать, что металл становится более хрупким. Во-вторых, на поверхности может образовываться слой окалины, потому что здесь потери углерода и прочих примесей гораздо больше, чем в середине.
Закалка углеродистой стали осуществляется с учетом того, с какой скоростью будет происходить ее охлаждение. Если не соблюдать технологии закалки, то может возникнуть ситуация, при которой атомная решетка перейдет в промежуточное состояние, что способствует ухудшению основных полезных качеств стали. Например, охлаждение с слишком большой скоростью является причиной образования трещин и прочих дефектов, не позволяющие использовать готовое изделие в дальнейшем. Закалка предусматривает использование камерных печей, нагревающих среду до температуры 800 градусов по Цельсию. Некоторым маркам стали необходим нагрев до температуры 1300 градусов по Цельсию, который осуществляется в других видах печей.
Влияние отпуска на свойства и структуру сталей
Отпуск стали – это термическая операция, суть которой состоит в нагреве закаленного изделия ниже температуры фазового превращения, выдержке при этой температуре и охлаждении на воздухе.
Цель отпуска стали заключается в получении более равновесной структуры, снятия внутренних напряжений, увеличение пластичности и вязкости, а также создание необходимого комплекса эксплуатационных свойств. Различают три вида отпуска, которые по-разному изменяют свойства и структуру стали:
- Низкий отпуск. Данный вид отпуска осуществляется при температуре 150 - 200 градусов по Цельсию. Из мартенсита выделяется некоторая часть избыточного углерода, сопровождающаяся образованием мелких карбидных частиц. Но так как скорость диффузии мала, то некоторая часть углерода в мартенсите остается. Основная цель низкого отпуска заключается в уменьшении внутренних напряжений и некотором уменьшении хрупкости при сохранении высоких износостойкости, прочности и твердости. Структура стали в данном случае представляет собой мартенсит отпуска или мартенсит отпуска и вторичный цементит. Низкому отпуску подвергаются мерительный и режущий инструмент и изделия, которые должны обладать высокими износостойкостью и твердостью.
- Средний отпуск. Данный вид отпуска осуществляется при температуре 350 - 450 градусов по Цельсию. В данном случае из мартенсита происходит выделение избыточного углерода с образованием цементитных частиц. В данном случае тетрагональные искажения кристаллической решетки железа снимаются, и она становится кубической. Мартенсит превращается феррито-цементитную смесь с маленькими частицами цементита. Происходит снижение твердости при существенном увеличении предела упругости, а также улучшение сопротивляемости действию ударных нагрузок.
- Высокий отпуск. Данный вид отпуска осуществляется при температуре 550 - 650 градусов по Цельсию. Цель высокого отпуска заключается в достижении оптимального сочетания вязкости, прочности и пластичности. Структура стали после высокого отпуска представляет собой сорбит отпуска - мелкая смесь феррита и зернистого цементита. Закалка и последующий высокий отпуск основной вид термообработки изделий из конструкционных сталей.
