Основными параметрами закалки являются температура нагрева, время выдержки и скорость охлаждения. Температура нагрева и время выдержки должны быть такими, чтобы в сплаве успели произойти полиморфные превращения и раствориться избыточные фазы, а скорость охлаждения должна быть высокой, чтобы не успели пройти обратные процессы фазовых превращений, связанные с процессами диффузии.
Закалка без полиморфного превращения характеризуется тем, что в результате быстрого охлаждения фиксируется состояние сплава при низкой температуре, свойственное ему при более высокой температуре.
Закалка с полиморфным превращением обеспечивает в результате охлаждения перестройку кристаллической решетки.
Большинство конструкционных сталей под закалку нагревают до температур 800 – 8800С. Легированные стали закаливают при более высоких температурах. Быстрорежущие инструментальные стали закаливают с температур 1250 – 13000С.
Под закаливаемостью понимают способность сплава повышать твердость в результате закалки, Закаливаемость сплава зависит от содержания в нем углерода и легирующих элементов.
Охлаждение изделий при закалке можно проводить в одном охладителе (непрерывная закалка); в двух средах – вначале в воде, затем в масле (прерывистая закалка); ступенчато, когда нагретое до температуры закалки изделие погружают в горячую среду, а затем, после выдержки, охлаждают на воздухе или в холодном масле.
Отпуск и старение.
Отпуск – это окончательная операция термической обработки закаленных сплавов, заключающаяся в нагреве до определенных температур, выдержке при заданной температуре и последующим охлаждением с определенной скоростью. Отпуск частично или полностью устраняет внутренние напряжения в закаленном сплаве. Различают три вида отпуска:
– низкотемпературный отпуск (180 – 2500С);
– среднетемпературный отпуск (350 – 5000С);
– высокотемпературный отпуск (500 – 6800С).
Закалка с последующим высоким отпуском называется улучшением.
Старение относится к разновидности термической обработки, при которой в закаленном без полиморфного превращения сплаве происходит распад пересыщенного твердого раствора. При старении закаленного сплава с течением времени его свойства изменяются без заметного изменения микроструктуры. Старение подразделяют на естественное, протекающее без воздействия температуры, и искусственное, протекающее при воздействии температуры.
Старение повышает прочность, твердость, но снижает ударную вязкость многих сталей, поднимая температуру (порог) хладноломкости.
Тема 1.3. Сплавы на основе железа
Диаграмма состояния железо – углерод (см. схему 2) дает представление о строении железоуглеродистых сплавов – сталей и чугунов.
Схема 2 Диаграмма фазового состояния Fe – Fe3C
Содержание углерода в диаграмме Fe – C (цементит) ограничивается 6,67%, т.к. при этой концентрации образуется химическое соединение – карбид железа (Fe3C) или цементит, который и является вторым компонентом данной диаграммы.
Точка А (15390С) отвечает температуре плавления железа, точка D (15000C) – температуре плавления цементита, точки N (13920C) и G (9100С) соответствуют полиморфному превращению Feα – Feγ.
В системе (Fe – C) имеются две большие группы сплавов: стали и чугуны. Сталями называются сплавы железа с углеродом, содержащие до 2,14% С; сплавы с большим содержанием углерода от 2,14% до 6,67% называются чугунами. [4]
Углеродистые стали классифицируются:
По содержанию углерода на низкоуглеродистые (до 0,3% С), среднеуглеродистые (0,3 – 0,7% С) и высокоуглеродистые (более 0,7% С).
По назначению на конструкционные и инструментальные.
По качеству наобыкновенного качества, качественные, высоко-качественные.
По степени раскисления на кипящие (Si менее 0,07%), спокойные стали раскисляют марганцем, кремнием и алюминием (более 0,12%) и полуспокойные, которые занимают промежуточное положение между спокойными и кипящими.
Ракисление – это процесс удаления из жидкого металла кислорода, проводимый с целью предотвращения хрупкого разрушения стали при горячей деформации.
По структуре в равновесном состоянии стали делятся на доэвтек-тоидные, эвтектоидные и заэвтектоидные.