Лекція № 27 : Загартування та відпуска сталі

План

1. Гартування сталі

2. Способи гартування

3. Види відпускання

Гартуванням - називається операція, при якій сталь нагрівають на ЗО...50 °С вище від точки Лс? або Ас₃ витримують при цій температурі, а потім швидко (звичайно з швидкістю, більшою за критичну) охолоджують. Унаслідок такої обробки в сталі, як правило, формується мартенситна структура, тому твердість і міцність її досягають максимального значення.

Доевтектоїдні сталі піддають повному гартуванню від температури, вищої за точку Ас₃ на ЗО... 50 °С, тобто від температури, при якій структура цих сталей є аустенітом. Після повного гартування структура доевтектоїдних сталей стає мартенситною.

Заевтектоїдні сталі піддають неповному гартуванню від температури, що перевищує точку А^ на ЗО...50 °С. Повне гартування для цих сталей навіть шкідливе, бо супроводжується зростанням зерен і потребує додаткової витрати теплоти на нагрівання.

Вирішальним фактором у процесі гартування є швидкість охолодження, тому вона визначає характер структури сталі, яка формується при цьому.

Залежно від складу сталі, форми і розмірів виробів, що гартуються,

застосовують різні способи гартування.

Гартування в одному середовищі виконують зануренням виробу, що гартується, в охолоджувальне середовище (воду, масло), де він і залиша­ється до повного остигання. Завдяки своїй простоті цей вид гартування найбільш застосовуваний. Проте він має істотний недолік, оскільки су­проводжується виникненням у виробі, що гартується, великих внутрішніх напружень.

Гартування у двох середовищах до деякої міри усуває недоліки гарту­вання в одному середовищі й полягає у тому, що нагрітий під гартування виріб спочатку охолоджують з великою швидкістю (звичайно у воді), щоб запобігти передчасному розпаданню аустеніту. Потім виріб переносять до іншого середовища, наприклад у масло, для уповільненого охолодження з метою аустенітно-мартенситного перетворення. Такий прийом сприяє значному зменшенню внутрішніх напружень у виробі й запобігає його короблению.

Ступінчасте гартування також виконують у дві стадії. Після нагріван­ня виріб спочатку занурюють в охолоджувальне середовище (звичайно в розплавлені солі) з температурою, трохи вищою за точку початку мартен-ситного перетворення М_п сталі певного складу, витримують при цій тем­пературі, а потім остаточно охолоджують у маслі або на повітрі. Ступін­частому гартуванню звичайно піддають невеликі за розмірами вироби змінного перерізу.

Якщо вироби повинні мати високу твердість тільки в поверхневих ша­рах, а серцевина має залишитися в'язкою, то такі вироби піддають поверх­невому гартуванню - високочастотному або полуменевому.

При високочастотному гартуванні вироби нагрівають в індукторі (со­леноїді), по якому йде струм високої частоти. Потрібних глибини і темпе­ратури нагрівання поверхневого шару досягають зміною частоти струму і швидкості переміщення індуктора або виробу. Потім нагрітий шар охо­лоджується водою, яка подається крізь внутрішні отвори в індукторі, або виріб скидається в гартівну ванну.

При полуменевому гартуванні поверхневі шари нагрівають ацетиле­нокисневим полум'ям, яке переміщують з певною швидкістю вздовж виробу, що гартується. Слідом за пальником подається вода для швидкого охолодження поверхневого шару. Цей вид гартування звичайно застосовують у важкому машинобудуванні для гартування великих де­талей.

Відпускання застосовують з метою зменшення внутрішніх напружень і твердості, а також для підвищення ударної в'язкості загартованих ви­робів. Воно полягає в нагріванні виробів до температур, нижчих за точку А^ Швидкість охолодження після відпускання для більшості сталей не має особливого значення. Розрізняють низьке, середнє і високе відпускання.

При низькому відпусканні (150...200 °С) структура мартенситу в сталі зберігається, але з нього виділяються дуже дисперсні частки карбіду заліза. Тому внутрішні напруження у виробі зменшуються, дещо підвищується в'язкість, а твердість практично не змінюється. Низькому відпусканню піддають вироби, які повинні мати високу твердість (наприклад, різальний або вимірювальний інструмент).

Середнє відпускання (350...450 °С) супроводжується більш істотними шінами в структурі і властивостях сталі: мартенсит перетворюється на троостит, тому твердість сталі зменшується приблизно до 400 НВ, а в'язкість значно підвищується. Середньому відпусканню піддають інструменти і деталі машин, що працюють при помірних ударних навантаженнях (штампи, пружини, ресори).

Високе відпускання (450...650 °С) веде до утворення сорбітноїструкту­ри, а це забезпечує повне усунення внутрішніх напружень і найкраще спів­відношення міцності і в'язкості сталі при достатній її твердості. Високому відпусканню піддають деталі машин.

Легуючі елементи затримують дифузійні процеси і перетворення в загартованій сталі при нагріванні, тому для них температуру відпускання призначають дещо вищу.