Третья особенность термической обработки легированной стали

Третья особенность термической обработки легированной стали заключается в том, что охлаждение большинства из них от температур закалки производится в менее интенсивно охлаждающих закалочных средах. Структуру мартенсита у легированных сталей получают при охлаждении их в масле. При содержании в стали значительного количества некоторых легирующих элементов мартенсит получается даже и при охлаждении стали на воздухе. Эта особенность является следствием того, что все легирующие элементы (за исключением кобальта) в той или иной мере повышают устойчивость аустенита и, следовательно, уменьшают критическую скорость закалки стали.

Наибольшее влияние в этом направлении оказывают молибден, марганец, хром и никель, особенно при их совместном присутствии в стали. Сравнение диаграмм изотермического превращения аустенита легированной и углеродистой сталей показывает, что линия начала изотермического превращения аустенита легированной стали сдвигается вправо. Этот сдвиг тем больше, чем выше степень легированности стали.

Сравнительно высокая устойчивость аустенита легированной стали объясняется тем, что атомы легирующих элементов, располагаясь в кристаллической решетке аустенита, мешают перегруппировке атомов и задерживают превращение аустенита в другие структуры при охлаждении. Возможность получения структуры мартенсита у легированной стали при замедленном ее охлаждении имеет важное практическое значение: уменьшаются внутренние напряжения при закалке, вследствие чего уменьшается опасность коробления изделия и появления на нем трещин. Поэтому изделия сложной формы, где вероятность образования трещин особенно велика, изготовляют из легированной стали.

Высокая устойчивость аустенита легированной стали оказывает весьма благоприятное влияние на ее прокаливаемость. Как известно, углеродистая сталь имеет большую критическую скорость закалки, которая даже при охлаждении стали в воде достигается лишь на глубине 5-10 мм. Скорость охлаждения более глубоких слоев ниже критической скорости закалки, и, следовательно, эти слои не прокаливаются. В связи с меньшей критической скоростью закалки легированную сталь можно закаливать на большую глубину, чем углеродистую. У многих изделий, изготовленных из легированной стали, даже при охлаждении их в масле фактическая скорость охлаждения внутренних слоев превышает критическую скорость закалки. Поэтому массивные изделия, которые должны закаливаться насквозь или на большую глубину, следует изготовлять из легированной стали.

Наиболее сильно увеличивают прокаливаемость стали хром, никель, молибден и марганец. В сталях, содержащих несколько легирующих элементов, присадка нового элемента сильно увеличивает степень прокаливаемости. Таково влияние никеля при добавке к сталям, содержащим хром; еще эффективнее действует вольфрам при введении его в хромоникелевую сталь. Например, у стали 40Х сквозная прокаливаемость достигается в сечениях диаметром до 35 мм, у стали 40ХН - до 75 мм, а у сложнолегированной стали 18ХНВА - до 100 мм. Показана глубина закалки у четырех образцов одинакового сечения, изготовленных из стали различного химического состава.

Кроме рассмотренных, имеются и другие особенности термической обработки легированных сталей. В частности, для получения структуры сорбита отпуска легированную сталь надо нагревать до более высоких температур, чем нелегированную, и выдерживать при температуре отпуска более длительное время. Это связано с тем, что большинство легирующих элементов замедляет процесс распада мартенсита и задерживает коагуляцию цементита и других карбидов. Ряд легированных сталей необходимо быстро охлаждать после отпуска, чтобы не допустить заметного снижения их ударной вязкости. Специальные режимы применяют при термической обработке высоколегированных сталей, особенно инструментальных. Более подробно один из этих режимов Рассмотрен в следующей главе на примере термической обработки быстрорежущей стали.