Вторая особенность термической обработки легированных сталей

Вторая особенность термической обработки легированных сталей состоит в том, что нагрев их должен производиться более медленно, а выдержка при температурах нагрева должна быть более длительной по сравнению с углеродистой сталью. Более медленный нагрев легированных сталей необходим потому, что они проводят тепло хуже, чем углеродистые стали. Так, например, при содержании в стали 1 % кремния теплопроводность ее понижается почти вдвое; 1% хрома - на 35%; 1% марганца - на 30%; 1% никеля - примерно на 20%. Теплопроводность стали 35ХМ почти в 2 раза хуже, чем стали 35, а сталь 1X13, содержащая 0,1% углерода и 13% хрома, проводит тепло в 4 раза хуже, чем углеродистая сталь марки 10. Это обстоятельство имеет особенно большое значение при термической обработке массивных изделий, так как вследствие низкой теплопроводности стали образуется большая разность температур в различных слоях изделия, что приводит к возникновению значительных внутренних напряжений. Медленный нагрев способствует выравниванию температуры наружных и внутренних слоев, благодаря чему уменьшаются вредные внутренние напряжения.

С этой же целью изделия из легированной стали подвергают ступенчатому нагреву, т. е. нагревают до какой-нибудь промежуточной температуры, чаще всего до 500 - 600°, выдерживают при этой температуре в течение нескольких часов для выравнивания температуры по всему сечению изделий, а затем продолжают дальнейший нагрев до требуемой температуры. Длительная выдержка легированных сталей при температуре нагрева связана с тем, что легирующие элементы усиливают неоднородность аустенита. Поэтому требуется больше времени для того, чтобы успели произойти процессы диффузии, необходимые для получения однородного аустенита. Продолжительность выдержки при температуре нагрева легированной стали должна быть увеличена на 25 - 40% по сравнению с углеродистой сталью. При температурах нагрева, значительно превышающих Асз время выдержки следует ограничивать во избежание роста зерна стали.

При термической обработке легированных сталей много ошибок происходит вследствие недооценки фактора времени в процессе нагрева стали. Для иллюстрации приведем характерные примеры из практики. Была произведена термическая обработка заготовок диаметром 25 мм из стали 35ХМА по следующему режиму: заготовки загружались в печь при температуре 850°, выдерживались там 25 мин., затем закаливались в масле и подвергались отпуску при температуре 600°. Механические испытания образцов указанных заготовок после термической обработки показали, что сталь имеет пониженные прочность и пластичность. При повторной термической обработке время выдержки при той же температуре было увеличено до 1 часа 20 мин., а в остальном режим был сохранен без изменений. В результате повторной обработки образцов ударная вязкость стали повысилась на 65%, а предел прочности - на 17%.

Ошибка противоположного характера была допущена в другом случае. Образцы диаметром 22 мм из стали марки 2X13 подвергали закалке по такому режиму: их нагревали до температуры 1050°, выдерживали при этой температуре 1 час и охлаждали в масле. После закалки производился отпуск при температуре 650°. Механические испытания образцов после обработки показали, что сталь имеет пониженную ударную вязкость. Это объяснялось тем, что длительная выдержка стали при высокой температуре привела к росту зерна аустенита и образованию крупнозернистой структуры.

При повторной термической обработке режим нагрева был изменен: в течение 1 часа образцы выдерживались при температуре 900°, а затем на несколько минут переносились в среду с температурой 1050°. В результате термической обработки по такому режиму сталь получила нормальную ударную вязкость.