Термическая обработка легированной стали

05

мая

Новости
Термическая обработка легированной стали
Термическая обработка легированной стали


Легирующие элементы вводят в сталь в различных количествах и в различных сочетаниях при разном содержании углерода, поэтому число марок легированной стали очень велико.

Все элементы, применяемые для легирования стали, по влиянию на критические точки железа делят на две группы в зависимости от того, расширяют они или сужают (замыкают) область g-железа (аустенита) на диаграмме состояний системы железо — элемент. Никель, медь, марганец, кобальт и азот расширяют область g-железа, под влиянием этих элементов точка А4 повышается, а А3 — понижается. При содержании некоторых элементов из этой группы выше определенной концентрации (рис. 1, а,)

Термическая обработка легированной сталиРис. 1. Влияние легирующих элементов на область твердого раствора g-железа:
а — расширение;
б — сужение.

Точка А3 понижается до комнатной температуры и сплав находится в виде твердого раствора g-железа от температуры плавления до 0°С, т. е. становится аустенитным.

Хром, алюминий, кремний, вольфрам, молибден, ванадий, титан, бериллий и некоторые другие элементы относятся к группе элементов, замыкающих область g-железа. При введении в железо таких элементов точка А4 понижается, а А3 повышается. При содержании элемента выше концентрации а (рис. 1,6) замыкают область g-железа. -Такие сплавы при 0°С до расплавления имеют a-железо, т. е. становятся ферритными.

Легирующие элементы оказывают влияние не только на температуру превращений железа, но и на скорость диффузионных процессов, совершающихся в стали при нагреве и охлаждении, т. е. изменяются С-образные диаграммы, поэтому режимы термической обработки легированной стали совершенно иные, чем простой углеродистой стали.

Несмотря на большое разнообразие классификации легированной стали при назначении термической обработки, удобнее всего легированные стали классифицировать по микроструктуре, полученной нормализацией в стандартных условиях (образцы диаметром 25 мм, нагрев 30 мин при 900°С, охлаждение на спокойном воздухе).

Стали делят на 5 классов:

1) перлитный;
2) мартенситный;
3) аустенитный;
4) ферритный;
5) карбидный.

Такая классификация стали по структуре несколько условна, но она очень удобна при назначении режима термической обработки и волочения и поэтому широко применяется.

1. Сталь перлитного класса имеет сравнительно невысокое содержание легирующих элементов (в сумме до 5— 7%) при содержании углерода 0,1—1,5%. Такая сталь после нормализации в стандартных условиях получает структуру твердого раствора, полностью распавшегося на ферритно-карбидную смесь (в доэвтектоидной стали — феррит+перлит, в эвтектоидной — перлит, в заэвтектоидной — перлит+карбиды). Такие стали подвергаются всем описанным ранее видам термической обработки: отжигу, нормализации, патентированию, закалке и отпуску. Изделия из легированной стали нагревают всегда более медленно и равномерно, чем изделия из простой углеродистой стали. Скорость охлаждения легированной стали при различных видах термической обработки зависит от химического состава стали и для получения определенных механических свойств часто берется совершенно иная, чем для простой углеродистой стали.

При отпуске углеродистой стали скорость охлаждения не имеет значения, а легированной стали может значительно повлиять на ее механические свойства, особенно на ударную вязкость. При этом отпуск легированной стали часто проводится при гораздо более высоких температурах, чем отпуск углеродистой стали, так как многие легирующие элементы сдвигают процессы разупрочнения при нагреве закаленной стали в область более высоких температур, т. е. повышают устойчивость стали против отпуска (рис. 2).

Термическая обработка легированной сталиРис. 2. Изменение твердости при отпуске закаленной стали.

1 — конструкционная углеродистая;
2 — штамповая;
3 — быстрорежущая

К этому классу относится сталь ШХ15. Режим отжига на зернистый перлит: нагрев до 800±10°С 9 ч, выдержка 4 ч; охлаждение до 720±10°С, 4 ч, выдержка 3 ч; охлаждение до 650 (—10°С), 1ч.

2. В стали мартенситного класса содержание углерода находится в пределах от 0,2—0,7 % при содержании легирующих элементов (в сумме) до 10—15%. Критическая скорость закалки у такой стали настолько низкая, что образцы диаметром 25 мм при нормализации в стандартных условиях закаливаются на мартенсит.

Сталь мартенситного класса имеет сравнительно небольшое распространение в промышленности и применяется как высоколегированная конструкционная и как сталь с особыми физико-химическими свойствами. К мартенситному классу относятся, например стали 2X13, 3X13, 4X13.

Для понижения твердости и улучшения обрабатываемости мартенситную хромистую нержавеющую сталь отжигают при 740—760 °С в течение 9 ч с очень медленным охлаждением (30—40 град/ч).

Маптенситную нержавеющую сталь закаливают от 950—1000 °С в масле. Отпуск при 200—600 °С в зависимости от содержания углерода и назначения изделий.

3. Сталь аустенитного класса характеризуется высоким содержанием легирующих элементов, расширяющих область g-железа на диаграмме железо элемент (рис. 1. а) При нормализации этой стали переход g-железа в a-железо совершается при температуре ниже нуля, поэтому при комнатной температуре такая сталь находится в состоянии аустенита. Общее содержание легирующих элементов в аустенитной стали находится в пределах 12-40% при 0,1—1,0% углерода. Термообработка таких сталей преследующая цель получения однородной аустенитнои! структуры, заключается в быстром нагреве в соля до
950—1000°С и замочке в воде.

4 Сталь ферритного класса имеет низкое содержание! углерода (не выше 0,4%) при высоком содержании легирующих элементов, замыкающих область g-железа на диаграмме железо — элемент (рис. 1,6). Критические точки и, следовательно, аллотропические превращения у этой стали отсутствуют, и она при любой температуре находится в состоянии a-железа (феррита).

К ферритным сталям относятся, например, некоторые кислотоупорные, окалиноустойчивые, трансформаторные.

Термическая обработка стали Х13ЮЧ: рекристаллизационный отжиг при температуре 720°С, выдержка 30 мин, охлаждение в воде.

5. К карбидному классу относится сталь с высоким содержанием углерода (0,7—2,0%) и карбидообразующих элементов (10—25%). Структура стали карбидного класса после горячей деформации состоит из ферритно-карбидной смеси (сорбитовидного перлита) и очень большого количества (до 25—30 %) избыточных карбидов. Сталь карбидного класса применяют главным образом как инструментальную. Наиболее типичная сталь этого класса — быстрорежущая Р-18.

Режим термической обработки стали Р-18 в камерной печи: нагрев до 830±10°С, 10 ч, выдержка 2 ч; нагрев до 860±5°С, 2 ч, выдержка 4 ч; охлаждение до 740 °С, 5 ч, выдержка 5 ч, охлаждение 1 ч.
Посетители, находящиеся в группе Гости, не могут оставлять комментарии к данной публикации.

Информация

Комментировать статьи на нашем сайте возможно только в течении 1 дней со дня публикации.