16.10.2018
Грейфер – специализированное приспособление, основной функцией которого является перемещение и разгрузка (погрузка) различных...


16.10.2018
Проведение геодезических изысканий востребовано и актуально, и применяется для решения задач, связанных с постройкой, ремонтом,...


15.10.2018
В наше время известняковый щебень считается весьма востребованным материалом для выполнения строительных процедур. Его залегание...


15.10.2018
Весьма красочным, необычным и практичным элементом любого интерьера может оказаться коврик компактных размеров, для него можно...


15.10.2018
На сегодняшний день одним из важнейших требований, предъявляемым к материалам для строительства, считается их экологичность....


15.10.2018
Забивные либо же железобетонные сваи отыгрывают важнейшую роль в свайном основании, когда необходимо возвести жилое здание в...


Поведение легированной и углеродистой стали при термической обработке

01.06.2018
Основными марками инструментальной стали, применяемыми для изготовления режущего инструмента, являются:

а) углеродистая сталь У10 и У12;

б) легированная сталь 9ХС; в отдельных случаях, перечисленных ранее, применяется также хромистая сталь X, Х05, Х09 и хромовольфрамовая сталь ХВ5, ХВГ, 9ХВГ;

в) высокохромистая сталь Х12М.

Углеродистая сталь. На фиг. 64, а показана твердость стали У12 после закалки в зависимости от температуры нагрева, а на фиг. 64, б — твердость правильно закаленной стали У12 в зависимости от температуры отпуска. Углеродистая инструментальная сталь У10 и У12 (а также сталь У7, У8 и У9) в процессе термической обработки характеризуется следующими свойствами.

а) Углеродистая сталь имеет узкий интервал температур нагрева при закалке и очень чувствительна к перегреву; при нормальной закалке, например, при нагреве стали У12 в интервале 760—780°, сталь получает твердость 62—65 Rс и структуру скрытокристаллического мартенсита, а при перегреве (для стали У12 нагрев выше 790—800°) твердость стали сохраняется в тех же пределах, но микроструктура характеризуется образованием игольчатого мартенсита. С повышением температуры нагрева размер игл мартенсита возрастает и одновременно увеличивается хрупкость инструмента, а стойкость его в работе значительно понижается.

б) Аустенит углеродистой стали в области перлитного превращения, особенно в интервале температур 530—650°, обладает минимальной устойчивостью. S-образная диаграмма, приведенная на фиг. 65 для стали типа У12, показывает, что распад аустенита на ферритно-цементитную смесь начинается в области перлитного превращения после 1—2 сек. выдержки. Поэтому для получения в закаленной стали структуры мартенсита надо обеспечить максимально быстрое прохождение указанного температурного интервала в процессе охлаждения. Это требует применения весьма энергичного охладителя, а именно воды. Однако, вода создает ускоренное охлаждение не только в области перлитного превращения, но и при более низких температурах: в области мартенситного превращения (нижняя область S-образной диаграммы), что создает чрезмерные напряжения и даже трещины в инструменте сложной формы.

Диаграмма (фиг. 65) показывает, что мартенситное превращение начинается при температуре примерно 180—200°. Для уменьшения напряжений охлаждение стали У12 при прохождении ею этой области надо производить в менее энергичном охладителе. Поэтому инструмент, изготовленный из стали У12, охлаждают (замачивают) сначала в воде до потемнения поверхности, а затем переносят в масло для окончательного охлаждения.

Аналогичными свойствами характеризуется сталь У8, У10 и У13.

Углеродистая сталь У7, содержащая меньший процент углерода, также характеризуется быстрым распадом аустенита в области перлитного превращения. Однако эта сталь обладает большей пластичностью, а превращение в мартенсит происходит в ней при несколько более высокой температуре и сопровождается не столь значительными объемными изменениями. Поэтому сталь У7 менее склонна к образованию трещин при ускоренном охлаждении, что позволяет охлаждать изготовленные из нее изделия в воде без переноса в масло.

в) Сталь имеет небольшую глубину прокаливаемости, зависящую, кроме того, от свойств отдельных плавок: величины зерна, структуры перед закалкой и т. д. (способы определения прокаливаемости указаны ранее); поэтому инструмент, изготовленный из углеродистой стали, имеет после закалки неоднородные свойства по сечению: высокую твердость в поверхностном слое и низкую твердость, но более высокую вязкость в сердцевине; это свойство углеродистой стали используется, как будет показано далее, при изготовлении ряда инструментов, например, метчиков, развертой. Легированная сталь: хромистая (X, Х05, Х09, ШХ15, ШХ12, ШХ6), хромокремнистая (9ХС), вольфрамовая (B1, В2), хромовольфрамовая (ХВ5, 9ХВГ и ХВГ). На фиг. 37 и 66 приведены значения твердости и количества остаточного аустенита в зависимости от режима закалки и отпуска стали X (ШX15)), а на фиг. 67 и 68 — аналогичные характеристики для стали Х09. На фиг. 69 и 70 даны значения твердости для стали 9ХС в зависимости от режима закалки и отпуска. Перечисленные здесь марки стали в процессе термической обработки обнаруживают следующие свойства.

а) Легированная сталь обладает несколько более широким, интервалом оптимальных температур закалки, чем углеродистая сталь; в этом отношении следует выделить марки стали 9ХС и ХВ5, имеющие интервал температур нагрева при закалке 30—40°; на следующее за ними место можно поставить сталь марок X и ШХ15, если она имеет перед закалкой структуру мелкозернистого перлита.

б) Карбиды легированной стали, в отличие от цементита углеродистой стали, обладают меньшей скоростью диффузии и медленнее растворяются в аустените; поэтому выдержка при нагреве для закалки инструмента, изготовленного из легированной стали, должна быть несколько больше, чем при нагреве углеродистой стали.

в) Аустенит легированной стали (содержащей более 1% Cr) в области перлитного превращения обладает несколько большей устойчивостью, чем аустенит углеродистой стали; поэтому скорость охлаждения, сообщаемая маслом, оказывается достаточной для получения в закаленной стали структуры мартенсита и высокой твердости в пределах 62—65 Rс. Однако инструмент небольших размеров и простой формы, изготовленный из стали с пониженным содержанием хрома (марки ШХ6, Х09), надо закаливать в воде для получения высокой и равномерной твердости. Недостаточно однородную и высокую твердость и неудовлетворительную прокаливаемость обнаруживает часто сталь марок B1 и В2, что требует предварительной проверки отдельных плавок этой стали на чувствительность к закалке. После закалки твердость стали марок X, Х09, 9ХС, ХВГ, 9ХВГ составляет 62—65 Rс. Более высокую твердость после закалки показывает сталь Х05 (64—66 Rс) и особенно сталь ХВ5 (66—67 Rс).


г) При правильной закалке с охлаждением в масле инструмент, изготовленный из легированной стали, получает меньшую деформацию, чем такой же инструмент, изготовленный из углеродистой стали и охлажденный при закалке в воде. Незначительной деформируемостью характеризуется, в особенности, легированная марганцем сталь марок ХВГ, 9ХВГ и ХГ и в несколько меньшей степени — сталь 9ХС.

д) После нормальной закалки структура стали — скрытокристаллический мартенсит и свободные карбиды, не перешедшие полностью в раствор при нагреве. На фиг. 71 дана микроструктура стали X после нормальной закалки и отпуска. При перегреве твердость стали, как показывают кривые фиг. 37, 67, 69, изменяется незначительно, но в структуре образуется игольчатый мартенсит; с ростом игл мартенсита резко увеличивается хрупкость стали и снижается износоустойчивость и стойкость режущего инструмента. Количество свободных карбидов при этом уменьшается вследствие их более полного растворения в аустените.

е) В структуре закаленной стали сохраняется некоторое количество остаточного аустенита, обычно в пределах 5—25%. Количество его зависит как от температуры нагрева, так и от режима охлаждения: оно возрастает при повышении температуры нагрева при закалке и в случае охлаждения стали в масле, а не в воде. Применение расплавленных солей в качестве охлаждающей среды или горячего масла (изотермическая закалка) дополнительно увеличивает количество остаточного аустенита. Микроанализ обычно его не обнаруживает (фиг. 35 и 71).

ж) Легированная сталь по сравнению с углеродистой получает при закалке большую глубину прокаливаемости, возрастающую с повышением содержания легирующих элементов (хрома, марганца, вольфрама); сталь X и ШХ15, имеющая в среднем 1,5% хрома, дает более глубокую прокаливаемость, чем, например, сталь XO5 и ШX6, содержащая в среднем 0,5—0,6% хрома.

Различные плавки одной и той же марки легированной инструментальной стали (кроме стали марок B1 и В2) дают однородную прокаливаемость.

В качестве общего правила можно отметить, что чем более равномерная твердость и однородная структура были получены в результате отжига, тем лучше поведение такой стали при закалке, о чем было подробно указано ранее.

Высокохромистая сталь Х12М (и сталь Х12) имеет устойчивый аустенит, не распадающийся полностью в области перлитного превращения даже при охлаждении на воздухе, и получает в этом случае примерно такую же структуру и твердость как после закалки с охлаждением в масле.

Охлаждение стали X12М на воздухе позволяет избежать значительных остаточных напряжений при закалке. Из стали Х12М целесообразно изготовлять инструмент сложной формы, так как она характеризуется минимальной деформируемостью при закалке.

На фиг. 72—74 приведены значения твердости и количества остаточного аустенита стали Х12М в зависимости от режима закалки и отпуска. Эти диаграммы показывают, что при повышении температуры нагрева в закаленной стали X12М возрастают количество остаточного аустенита и его устойчивость против отпуска; одновременно понижается твердость стали. Однако с повышением температуры нагрева стали возрастает количество карбидов хрома, переходящих в раствор, что повышает красностойкость стали.


Режущий инструмент, изготовленный из стали Х12М, нагревают при закалке обычно до температур 1000—1050°; в закаленном состоянии сталь имеет структуру, состоящую из аустенита, мартенсита и карбидов.

В 1941 г. В.Н. Берхин предложил нагревать сталь Х12М до еще более высокой температуры 1115—1130°; после такой закалки сталь Х12М получает почти полностью аустенитную структуру (практически теряет магнитность). Режущие свойства инструмента в результате такого нагрева возрастают, но одновременно усложняется процесс последующего отпуска вследствие трудности в результате двух-трехкратного отпуска перевести полностью остаточный аустенит в мартенсит и получить требуемую высокую твердость.

Твердость стали Х12М при закалке с температур 1115—1130° составляет 45—48 Rс и повышается после многократного отпуска при 500—520° до 60—62 Rс. На фиг. 75—76 приведена структура стали Х12М после закалки, а на фиг. 77 — после отпуска.
Поведение легированной и углеродистой стали при термической обработке