Вплив відпуску з різними швидкостями нагріву на структуру та твердість поверхнево загартованих СВЧ шарів на сталі 15Х11МФ

 

Сталь 15Х11МФ у стані поставки після пічного загартування 1050 °С (масло) та відпуску 680 °С має структуру сорбіту відпуску. Мікроструктура представлена на рисунку 4.1

Рисунок 4.1 – Мікроструктура сталі 15Х11МФ після загартування 1050 °С (масло) та відпуску 680 °С

 

Як випливає з наведених раніше даних, всі зразки перед відпуском (повільним пічним або швидкісним з нагрівом СВЧ) попередньо піддавалися поверхневому загартуванню з нагрівом СВЧ. На рисунку 4.2 наведена мікроструктура поверхневого шару сталi 15Х11МФ після загартування з нагрівом СВЧ. Для такої структури характерна дрібноігольчата мартенситна будова. Цей вид загартування забезпечив отримання на поверхні дрібнозернистого мартенситу з оптимальною ступеню субмікроскопічної неоднорідності та значні стискаючі залишкові напруги. Твердість шару склала ~ 50-51 HRC. Структура сталi 15Х11МФ поза зоною загартування - сорбіт відпустку.

 

а б в

 

Рисунок 4.2 - Мікроструктура поверхневого шару в сталі 15Х11МФ після загартування з нагрівом СВЧ (а - зміцнений шар; б - перехідна зона; в - основний метал). х 360

 

Основною метою дослідження було визначення зносостійкості поверхневих шарів, що були зміцнені за допомогою СВЧ загартування та подальшого відпуску з різними швидкостями нагріву. Саме тому методика термічної обробки передбачала отримання однакової твердості поверхні після проведення різних типів відпуску (за допомогою СВЧ та пічного нагріву).

Вплив швидкісного відпуску за допомогою СВЧ та пічного відпуску при різних температурах на твердість досліджуваної сталі 15Х11МФ показаний в таблицях 4.1, 4.2 та рисунку 4.3.

 

 

Таблиця 4.1 – Показники твердості сталі 15Х11МФ після проведення пічного відпуску при різних температурах

	Температура відпуску, °С	Твердість після загартування СВЧ, HRC	Твердість після пічного відпуску, HRC
		50-51	48-49
		41-42
		30-31

 

Таблиця 4.2 – Показники твердості сталі 15Х11МФ після проведення швидкісного СВЧ відпуску при різних температурах

	Температура відпуску, °С	Твердість після загартування СВЧ, HRC	Твердість після швидкісного відпуску СВЧ, HRC
		50-51	48-49
		41-42
		30-31

 

Узагальнений графік впливу СВЧ та пічного відпуску на твердість поверхневого шару приведений на рисунку 4.2

1- Відпуск СВЧ;

2- Пічний відпуск

Рисунок 4.3 – Графік залежності твердості сталі 15Х11МФ в залежності від температури та виду відпуску

 

Як видно з рисунку 4.3, твердість з підвищенням температури відпуску знижується.

Результати дослідження впливу пічного відпуску при різних температурах на мікроструктуру дослідної сталі 15Х11МФ після загартування СВЧ наведені на рисунках 4.4, 4.5, 4.6.

Рисунок 4.4 – Мікроструктура сталі 15Х11МФ після проведення загартування СВЧ та пічного відпуску 300 °С (х650)

 

На рисунку 4.4 бачимо, що шар, що був отриманий після загартування СВЧ почав змінювати свою структуру, отже, починають протікати процеси відпуску, що підтверджується появою рельєфу та зниженням твердості (48-49 HRC).

Рисунок 4.5 – Мікроструктура сталі 15Х11МФ після проведення загартування СВЧ та пічного відпуску 500 °С (х650)

 

Рисунок 4.6 – Мікроструктура сталі 15Х11МФ після проведення загартування СВЧ та пічного відпуску 600 °С (х650)

 

На рисунку 4.5 та 4.6 ми бачимо чітко виражену мікроструктуру, що в повній мірі включає в себе продукти розпаду мартенситу. На феритній матриці починають у великій кількості виділятися більш крупні карбіди. Виходячи з показників твердості для даної структури (42 та 31 HRC), та порівнявши їх з даними літератури, робимо припущення, що це троостито-сорбітні структури.

Результати дослідження впливу СВЧ відпуску при різних температурах на мікроструктуру дослідної сталі 15Х11МФ після загартування СВЧ наведені на рисунках 4.7, 4.8, 4.9.

 

 

Рисунок 4.7 – Мікроструктура сталі 15Х11МФ після проведення загартування СВЧ та швидкісного відпуску СВЧ 600 °С (х650)

 

Рисунок 4.8 – Мікроструктура сталі 15Х11МФ після проведення загартування СВЧ та швидкісного відпуску СВЧ 450 °С (х650)

 

Мікроструктури, що представлені на рисунках 4.7 та 4.8 мають чітко виражений рельєф, який, напевно складається з дуже дрібної ферито-карбідної суміші, що почала виділятися з мартенситу загартування. Високі показники твердості (48 та 42 HRC відповідно) свідчать про відмінність структури від звичайного пічного відпуску при цих же температурах.

 

Рисунок 4.9 – Мікроструктура сталі 15Х11МФ після проведення загартування СВЧ та швидкісного відпуску СВЧ 850 °С (х650)

 

Мікроструктура, що представлена на рисунку 4.9 представляє собою світлу матрицю на якій вже в повній мірі проявляється рельєф відпускних структур, також з`являється більша кількість округлих карбідних включень. Показники твердості 30 HRC свідчать про утворення структури сорбіту відпуску.

Спільний аналіз результатів дослідження твердості і структури, а також аналіз літературних даних показує, що зміна механічних властивостей (твердість) та структурних складових в зразках, що виготовлені зі сталі 15Х11МФ, обумовлені проведенням різних за температурою та швидкістю видів відпуску після загартування СВЧ.

Відомо, що легуючі елементи уповільнюють процес розпаду мартенситу. Це пов’язано з тим, що процеси під час відпуску мають дифузійний характер. Хром, що входить до складу сталі 15Х11МФ карбідне перетворення. Тому в сталі 15Х11МФ закінчення процесів розпаду мартенситу загартування зміщуються в область більш високих температур, на відміну від вуглецевих типів сталі.

Аналізуючи рисунок 4.3, на якому представлена залежність твердості зміцненого шару після різних типів відпуску, бачимо, що пічний відпуск починаючи з температур 450-500 ⁰С призводить до більш різкого спадання твердості у порівнянні з СВЧ відпуском. До цих температур твердість спадає майже однаково плавно, через те, що на поверхні зберігається структура дрібнозернистого мартенситу з оптимальною ступеню субмікроскопічної неоднорідності та значні стискаючі залишкові напруги. А при температурах вище йде розпад СВЧ загартованого шару через вплив довготривалого пічного нагріву, а отже, і значного за часом процесу дифузії.

Також збереження більшої твердості після відпуску СВЧ при однаковій температурі в порівнянні з пічним відпуском пояснюється тим, що розпад мартенситу при підвищених швидкостях нагріву зміщується в область більш високих температур і може співпадати з початком рекристалізаційних процесів і коагуляції карбідів. Це призводить до отримання структур, що дещо відрізняються від тих, що отриманні при пічному відпуску (див. рис. 4.4 - 4.9). Структура, що отримана після відпуску СВЧ характеризується більш дрібними карбідними виділеннями і рівномірним їх розподілом. Отримання такої структури зв’язано з тим, що виділення зародків карбідів при швидкісному нагріві починається при більш високій температурі, коли виникають сприятливі умови для утворення більшої кількості зародків. Коагуляція цих зародків при подальшому підвищенні температури нагріву відбувається повільніше, ніж ріст зародків, що утворилися при подальшому утворенні мартенситу [ ]. Відсутність витримки при кінцевій температурі відпуску сповільнює розвиток процесу коагуляції. Дефектність структури, що її сталь набуває при швидкісному нагріві під відпуск, дозволяє в повній мірі протікати дифузійним процесам, до яких, як відомо, належить і відпуск.