ТОП 10:

Принципы термической обработки



В зависимости от режима термообработки пружинные стали общего назначения делят на: 1) стали, подвергаемые холодной пластической деформации и низкотемпературному отжигу; 2) стали, подвергаемые закалке и среднему отпуску.

Деформационноупрочняемые стали. Деформационному упрочнению подвергают стали со структурой тонкопластинчатого перлита или сорбита (после патентирования), нижнего бейнита или мартенсита отпуска (после закалки и скоростного отпуска).

Патентированию подвергают низколегированные и углеродистые стали, прочность которых, особенно после деформации, тем больше, чем выше содержание углерода. Именно на стали с высоким содержанием углерода (1,2%) при волочении с высокой степенью обжатия удалось получить временное сопротивление около 5000МПа. Предварительная термообработка в таких сталях - нормализация. Для сталей заэвтектоидных и перлитного класса нормализация проводится с нагревом до температуры 950-1000˚С так, чтобы растворить вторичный цементит, и охлаждением на воздухе. В результате нормализации получают структуру пластинчатого сорбита.

При патентировании углеродистые стали нагревают до температуры аустенизации, равной 900-50С-10D, где С-содержание углерода, %; D-диаметр проволоки, мм. Помимо этого применяют высоко- и сверхвысокотемпературное патентирование при 975-1050 и 1100-1180˚С соответственно. Температура изотермической выдержки в селитровой ванне 420-535˚С. Она тем ниже, чем выше содержание углерода и больше диаметр патентированной катанки. Вместо патентирования в селитровых ваннах можно применять патентирование с использованием кипящего слоя, что устраняет неизотермичность превращений, особенно для катанки повышенных сечений, и позволяет подвергать подобной обработке и легированные стали.

Пластическая деформация после патентирования обеспечивает очень высокое упрочнение. Свойства патентированной стали зависят от величины частных обжатий, которые обычно составляют 10-12%; упрочнение тем больше, чем выше суммарная степень обжатия, которая может достигать 80-90%. Упрочнение при пластической деформации является результатом роста плотности дислокаций, генерируемых от межфазных поверхностей феррит-цементит и образующих ячеистую структуру феррита, стабилизируемую пластинками цементита.

Помимо этих изменений структуры, под действием пластической деформации происходит частичный распад цементита, поскольку энергия связи атомов углерода с дислокациями больше, чем их связи с атомами железа в решетке цементита. Этот эффект сказывается на росте упрочнения и в то же время уменьшает пластичность. Снижение энергии связи атомов углерода с дислокациями или увеличение энергии связи в решетке карбидов, естественно, улучшает пластичность стали.

Разработан эффективный процесс скоростного электропатентирования (СЭП): скоростной нагрев, быстрое охлаждение до температуры на 100-150°С выше мартенситной точки, а затем быстрый нагрев пропусканием электрического тока до температуры перлитного превращения. При этом сокращается продолжительность обработки и улучшаются свойства стали.

Еще более высокое упрочнение по сравнению с патентированием при равной степени последующей холодной пластической деформации достигается в результате изотермической закалки с образованием структуры нижнего бейнита, в которой присутствуют еще более дисперсные пластинчатые карбиды, чем после обычного патентирования. Рост упрочнения в результате холодной пластической деформации стали со структурой бейнита объясняется главным образом ростом дисперсности пластинчатых частиц карбидной фазы, хотя и состояние a - твердого раствора тоже играет здесь определенную роль. Высокая дисперсность карбидов пластинчатой или игольчатой морфологии может быть получена в стали после закалки и скоростного отпуска до температур, отвечающих третьей стадии превращения.

C ростом содержания углерода в стали после закалки и скоростного отпуска выше и абсолютный уровень деформационного упрочнения. Высокое упрочнение можно также получить и в стали с относительно пониженным уровнем углерода (~ 0,27%), содержащей сильные карбидообразующие элементы (V, Cr, Mo), но после термообработки с превращением переохлажденного аустенита в субкритической области температур в ферритокарбидную структуру, в которой частицы карбидов имеют нитевидную морфологию. После холодной пластической деформации эти частицы карбидов приобретают определенную ориентированность, и достигается очень высокое упрочнение, не уступающее упрочнению высокоуглеродистой стали после патентирования и деформации. Имеющиеся дисперсные частицы карбидов из-за их малой склонности к коагуляции и торможению процессов возврата и рекристаллизации легированного феррита обеспечивают стали и повышенную теплостойкость.

Можно достигнуть высокого упрочнения и в результате деформации стали с мартенситной структурой. В результате пластической деформации закаленной стали с небольшим обжатием происходит распад мартенсита, сопровождающийся ростом объемной доли кубического мартенсита и снижением доли тетрагонального мартенсита при уменьшении степени его тетрагональности вследствие перераспределений дислокаций, влияющих на миграцию атомов углерода, при их высокой плотности, и образование карбидов. Возникающее при этом структурное состояние стали определяет рост сопротивления большим и умеренным пластическим деформациям. Однако при этом предел упругости снижается. Это снижение является результатом ²разблокировки² закрепленных дислокаций и превращением остающегося остаточного аустенита. При относительно больших степенях обжатия возрастает сопротивление малым и повышенным пластическим деформациям. Т.е. и после небольших и после повышенных обжатий рост всего комплекса свойств прочности оказывается наибольшим в случае дальнейшего низкого отпуска. Происходящее при этом деформационное старение мартенсита улучшает весь комплекс свойств стали, включая и сопротивление разрушению.

Пружинные стали, упрочняемые мартенситным превращением. К сталям этой группы относятся углеродистые, низко- , средне- , и высоколегированные, в том числе и мартенситостареющие стали. Их объединяет общий механизм упрочнения, основанный на мартенситном превращении, происходящем при закалке.

В обычных условиях закалки, когда во время ее проведения или после нее неизбежно протекают процессы диффузионного перераспределения атомов углерода, отмечается рост предела упругости, который оказывается тем больше, чем выше содержание углерода в стали. При этом, чем мельче зерно и меньше количество остаточного аустенита, тем выше предел упругости. Максимальные значения предела упругости, релаксационной стойкости и усталостной прочности достигается после отпуска при 200-450° С за регламентированное время, когда в структуре стали уже нет остаточного аустенита, а в результате распада мартенсита образовалось большое число карбидных частиц, когерентно связанных с матрицей, а дислокации образовали субструктуру полигонизационного типа.

Пружинная сталь после закалки и отпуска приобретает высокие и практически изотропные значения предела упругости и релаксационной стойкости, превосходящие при равной прочности значения этих характеристик для патентированной стали. Это объясняется тем, что сталь после закалки и отпуска отличается более равномерным распределением дислокаций и высокой дисперсностью частиц карбидов, препятствующих движению дислокаций. Высокий уровень свойств пружинных сталей достигается и после изотермической закалки на нижний бейнит, несмотря на присутствие в структуре повышенного количества остаточного аустенита по сравнению с получаемым после закалки и отпуска. Остаточный аустенит, сохранившийся после изотермической закалки, обладает большой стабильностью к превращению под нагрузкой, поэтому его присутствие существенно не сказывается на значении предела упругости; под влиянием остаточного аустенита повышается трещиностойкость стали. Максимальный уровень предела упругости, релаксационной стойкости и усталостной прочности достигается, если после изотермической закалки на нижний бейнит сталь подвергается дополнительному отпуску при практически той же температуре, при которой проводилась изотермическая выдержка при закалке. Применение изотермической закалки требует достаточно высокой устойчивости переохлажденного аустенита, определяющего и величину прокаливаемости стали. Преимущества изотермической закалки: меньше деформация изделий и меньше опасность возникновения закалочных трещин.

 







Последнее изменение этой страницы: 2016-07-11; Нарушение авторского права страницы

infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 3.219.217.107 (0.004 с.)