Основы термической обработки - Крупицкий В.А.
Скачать (прямая ссылка):
I II III N
Рис. 88. Влияние легирующих элементов на прокаливаемость стали:
I - углеродистая; II - хромистая; III - хромоникелевая; IV - хромоникельмолибденовая
(закаленный слой заштрихован).
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.
ПОРОКИ ЛЕГИРОВАННОЙ СТАЛИ.
В легированной стали встречаются некоторые пороки, которых нет в углеродистой стали. К ним относятся флокены, отпускная хрупкость, шиферный излом и др.
Флокены (в переводе с немецкого - хлопья) - весьма опасный порок некоторых сортов легированной конструкционной стали, резко снижающий ее механические свойства. Флокены представляют собой тонкие («волосные») трещины длиной в несколько миллиметров. Они располагаются обычно вдоль волокон стали и имеют блестящий мелкокристаллический излом, резко отличающийся по цвету от стального излома. На фоне всего излома они выделяются в виде светлых пятен овальной или круглой формы, напоминающих хлопья (рис. 89). Если из стали, пораженной флокенами, изготовить макрошлиф, то они будут расположены на нем в поперечном сечении и будут наблюдаться в виде мелких трещин. Эти трещины сильно ухудшают механические свойства стали, так как вокруг них сосредоточиваются опасные внутренние напряжения, которые могут привести к разрушению изделия. Не все стали чувствительны к образованию флокенов. Наиболее часто флокены образуются у хромистых, хромоникелевых, хромомарганцовистых, хромоникель-
91
вольфрамовых и хромоникельмолибденовых сталей.
Флокены появляются обычно в тех случаях, когда подвергнутую горячей обработке давлением (ковка, прокатка) сталь быстро охлаждают до комнатной температуры. Главной причиной появления флокенов считают повышенное содержание в стали водорода, растворившегося при выплавке ее. Способность стали растворять водород сильно уменьшается с понижением температуры. Поэтому при охлаждении стали из твердого раствора выделяется водород, который скапливается в пустотах, имеющихся в стали, и по границам зерен. Эти скопления водорода создают сильные внутренние напряжения, которые приводят к образованию трещин. Наиболее простым и вполне надежным способом предупреждения флокенов является медленное охлаждение стали после горячей обработки давлением. При медленном охлаждении водород успевает выделиться, и флокены не образуются. В литой стали флокены образуются редко, так как она недостаточно плотная, и избыточный водород располагается в многочисленных порах и пустотах. Необходимо отметить, что если флокены уже появились, то их можно устранить повторной горячей обработкой стали давлением на меньшее сечение; флокены при этом свариваются.
Рис. 89. Флокены (1) в изломе хромоникелевой стали.
Отпускная хрупкость. У многих легированных конструкционных сталей, медленно охлажденных после высокого отпуска (450 - 600°), наблюдается резкое понижение ударной вязкости. Это явление называется отпускной хрупкостью.
У некоторых сталей, склонных к отпускной хрупкости, ударная вязкость при медленном охлаждении после отпуска снижается в 5 - 10 раз по сравнению с величиной ударной вязкости, получаемой при быстром охлаждении стали после отпуска. Следует отметить, что на остальные характеристики механических свойств стали скорость охлаждения после отпуска не оказывает существенного влияния. Отпускная хрупкость появляется также и в результате длительной выдержки стали при температурах отпуска 400 - 450°. После продолжительной выдержки стали при указанных температурах скорость охлаждения уже не имеет значения - понижение ударной вязкости наблюдается даже при быстром охлаждении. Особенно склонны к отпускной хрупкости стали, содержащие более 0,8% хрома или более 1% марганца. Такие легирующие элементы, как никель, кремний и ванадий, не вызывают появления отпускной хрупкости стали. Однако они усиливают склонность стали к отпускной хрупкости, если находятся в ней совместно с марганцем или хромом. Фосфор и азот при повышенном их содержании в стали также способствуют развитию отпускной хрупкости. Особенно ярко выраженная склонность к отпускной хрупкости наблюдается у следующих легированных конструкционных сталей: хромистой, марганцовистой, хромоникелевой, хромомарганцовистой, хромокремнистой и хромомарганцовистокремнистой.
Причина резкого понижения ударной вязкости некоторых легированных сталей при медленном охлаждении после высокого отпуска точно еще не выяснена. Ряд исследователей установил, что у некоторых легированных сталей при медленном их охлаждении после высокого отпуска выделяются в измельченном состоянии химические соединения металлов с углеродом, кислородом и азотом (карбиды, оксиды, нитриды и т. д.). Считают, что эти химические соединения, располагающиеся по границам зерен, и являются причиной
