Критические температуры при термообработке

Легирующие элементы оказывают определенное влияние на положение критической точки А_с в диаграмме состояния железоуглеродистых сплавов:

Ni, Mn, Zn - понижают температуру А_с;

Cr, Si, V, W, Mo, Ti и др. - повышают температуру А_с;

Температура нагрева под закалку легированных сталей поэтому несколько отличается от температуры закалки соответствующих по содержанию углерода углеродистых сталей и берется, как правило, равной А_с + (30-50°С).

Для сталей карбидного (ледебуритного) класса необходимы высокие температуры нагрева для возможно более полного растворения вторичных карбидов и получения высоколегированного аустенита (например, для быстрорежущей стали необходим нагрев до температуры 1220-1290°С).

Введение в сталь легирующих элементов увеличивает (за исключением Со) устойчивость переохлажденного аустенита в области перлитного и бейнитного превращения (рис.1).

а - с небольшим количеством Mn (1-2%) или Ni (1-5%);

b - низко- и среднелегированные конструкционные стали с Cr и Mo;

c - высоколегированные инструментальные стали (0, 6-0, 9% C), содержащие Cr, W, V (штриховой линией показаны диаграммы для углеродистой стали)

Повышение устойчивости переохлажденного аустенита уменьшает критическую скорость закалки (V_кр) для легированных сталей по сравнению с углеродистыми (рис.5).

Например: при введении 1, 0% Cr в сталь с 1, 0% C критическая скорость закалки уменьшается в 2 раза;

при введении 0, 4% Mo в сталь с 1, 0% C критическая скорость закалки снижается c 200°/с до 50 °/с. сильно снижают критическую скорость - Mn, Ni; в меньшей степени - W;

Для многих легированных сталей критическая скорость закалки снижается до 20-30 /с и ниже, что обеспечивает получение мартенситной структуры при охлаждении в масле и на воздухе.

Более медленное охлаждение при закалке создает меньшие внутренние напряжения, что является повышающим конструктивную прочность фактором.

Растворенные в аустените легирующие элементы обычно понижают температуру начала мартенситного превращения М и температуру конца мартенситного превращения М аустенита в легированных сталях:

Легирующий элемент в количестве 1, 0% снижает М_н:

Mn - на 45°С; Cr - на 35°С; Ni - на 26°С; Mo - на 25°С; W - на 30°С.

Легирующий элемент в количестве 1, 0% наоборот повышает М_н:

Co - на 12°С; Al - на 18°С.

Рис.5. Влияние легирования на устойчивость аустенита и критическую скорость закалки

I _угл, II_{угл ,} I_{лег ,} II_лег - С-кривые распада аустенита для углеродистой и легированной стали

V _кр.угл, V _кр.лег - критические скорости закалки для углеродистой и легированной стали

Температура конца мартенситного превращения М некоторых марок стали, легированных Mn, Cr, V и другими элементами, лежит ниже 0 С, поэтому в закаленных легированных сталях, даже при небольшом содержании углерода, после охлаждения до комнатной температуры может сохраниться значительное количество остаточного аустенита. Для высоколегированных сталей с большим содержанием углерода (например, быстрорежущих сталей) количество остаточного аустенита достигает 40% и более. Остаточный мартенсит может быть переведен в мартенсит охлаждением до температуры М непосредственно после закалки (обработка холодом) или посредством многократного высокого отпуска.