По сравнению с углеродистыми

Нагревание легированных сталей протекает медленнее, макси­мальная температура выбирается выше, время выдержки при этой температуре больше. Это объясняется тем, что карбидообразущие легирующие элементы задерживают процесс аустенизации, так как легированный цементит и специальные карбиды распадаются при более высоких температурах и труднее растворяются в аустените. Соответственно требуется больше времени для гомогенизации аустенита. Легирующие элементы неравномерно распределены между ферри­том и карбидами, а следовательно, и в аустените содержание леги­рующих элементов по объему будет не одинаково. Процесс выравнивания состава аустенита по содержанию легирующих элементов требует боль­шего времени, так как диффузионная подвижность легирующих эле­ментов в решетке g-фазы значительно меньше (вакансионный ме­ханизм диффузии), чем углерода.

Закалка легированных сталей может выполняться с меньшими скоростями охлаждения (в масле, иногда на воздухе). Это объясня­ется тем, что большинство легирующих элементов сдвигают вправо диаграмму изотермического распада аустенита и таким образом уменьшают критическую скорость закалки. Для уменьшения остаточ­ных напряжений, коробления и трещинообразования в сталях при закалке рекомендуется выбирать скорость охлаждения возможно меньшей, но не менее критической.

Структура легированных сталей в результате закалки с охлаж­дением до комнатной температуры состоит чаще всего из мартенсита и остаточного аустенита. Это объясняется тем, что легирующие элементы снижают, как правило, температуру начала и конца мартенситного превращения. Для большинства легированных сталей темпе­ратура конца мартенситного превращения становится ниже комнатной, и поэтому при охлаждении сталей в процессе закалки до комнатной температуры мартенситное превращение не протекает до конца, при этом структура сталей состоит из мартенсита и остаточного аустенита. В таком случае упрочняющий эффект закалки легированных сталей при одинаковом с углеродистыми сталями содержании углерода может быть меньше. Для перевода остаточного аустенита в мартенсит час­то после закалки проводится обработка сталей холодом. Для этого закаленные стальные детали помещают в холодильную камеру и выдер­живают в течение нескольких часов при температуре -60...-70°С. В результате обработки холодом стали дополнительно упрочняются, но эта операция чаще всего проводится для очень точных деталей в целях стабилизации размеров.

Особенности отпуска легированных сталей. Карбидообразующие легирующие элементы W, Mo, Cr, V, Ti и другие замедляют процессы коагуляции карбидов при отпуске. Поэтому пос­ле отпуска при одинаковой с углеродистыми сталями температуре сталь, легированная этими элементами, сохраняет более высокую дисперсность карбидных частиц и соответственно большую проч­ность. При достаточно высоких температурах отпуска становится возможной диффузия легирующих элементов, которая приводит к то­му, что карбидообразующие элементы диффундируют из феррита в цементит и образуют специальные карбиды, а некарбидообразующие элементы (Ni, Cо, Si) диффундируют из цементита в феррит. В процессе отпуска возможно и непосредственное образование спе­циальных карбидов, вызывающих эффект дисперсионного твердения. Кроме указанных явлений надо учитывать то, что при отпуске не­которых легированных сталей в интервалах температур 250...400 и 500...550°С снижается их ударная вязкость. Явление это назы­вается отпускной хрупкостью. Иногда ее удается избежать, если охлаждение от температуры отпуска (500…550°С) проводить быстро (например в воде).

 

Нормализация сталей и классификация

сталей по структуре после нормализации

 

Нормализация заключается в нагреве доэвтектоидной стали до температуры, превышающей температуру точки А₃ (на 30...50°С), заэвтектоидной - выше А_ст (на 30...50°С), непродолжительной выдержке при этих температурах для полного прогрева и завершения фазовых превращений и

охлаждения на спокойном воздухе. Для углеродистых сталей нормализация является промежуточной операцией между отжи­гом и закалкой. Нормализация вызывает полную фазовую перекристаллизацию стали и устраняет крупнозернистую структуру.

Для низкоуглеродистых сталей нормализацию применяют вместо отжига. В средне- и высокоуглеродистых сталях в результате нормализации образуется сорбит или троостит. Это повышает на 10...15% прочность и твер­дость этих сталей по сравнению с отожженной. Кроме этого, для заэвтектоидной стали нормализацию применяют для устранения цементитной сетки, которая может возникать при медленном охлажде­нии в интервале температур А_ст…А₁.

По структуре после нормализации стали классифицируются на стали

1) перлитного, 2) мартенситного и 3) аустенитного класса (рис. 8.1). Если кривая скорости охлаждения на воздухе пересекает кривые распада аустенита в области образования перлита, сорбита или троостита, то сталь относится к перлитному классу. К этому классу относятся все углеродистые и малолегированные стали (рис. 8.1, а).

а б в

 

Рис. 8.1. Классификация легированных сталей по структуре, полученной

после нормализации: а - перлитный класс; б - мартенситный класс;

в - аустенитный класс

 

Легирующие элементы сдвигают диаграмму изотермического рас­пада аустенита вправо и снижают критическую скорость закалки. Если при этом скорость охлаждения на воздухе станет больше кри­тической, то после нормализации в стали фиксируется мартенсит­ная структура. Стали, закаливающиеся при охлаждении на воздухе, относятся к мартенситному классу (рис. 8.1, б). К этому классу относятся некоторые средне- и высоколегированные стали. Как пра­вило, эти стали имеют большую или сквозную прокаливаемость.

При легировании сталей g-стабилизаторами диаграмма рас­пада аустенита сдвигается вправо и вверх, а температура начала мартенситного превращения (М_н) - вниз. Если М_н ниже комнатной температуры, то при нормализации таких сталей аустенит в них не претерпевает никаких превращений при охлаждении до комнатной температуры, оставаясь стабильным (рис. 8.1, в). Стали та­кого типа принадлежат к аустенитному классу. Они не закаливаются. К этому классу относятся стали, легированные большим количеством никеля, марганца, а также хромоникелевые нержавеющие стали.

Для определения принадлежности стали к тому или иному клас­су необходимо провести нормализацию, изготовить микрошлиф, вы­явить структуру и по ней установить класс стали. (Для идентификации можно пользоваться атласом микроструктур).