Структура и свойства пружинных сталей после изотермической закалки » Ремонт Строительство Интерьер

Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Структура и свойства пружинных сталей после изотермической закалки

10.06.2021

Высокие значения сопротивления малым пластическим деформациям и повышенная релаксационная стойкость могут быть достигнуты в результате изотермической закалки только в том случае, если при этом образуется структура нижнего бейнита.

Более высокое значение предела упругости стали в состоянии высокой твердости после изотермической закалки по сравнению с обычно закаленной при равной твердости можно объяснить, во-первых, меньшими остаточными напряжениями (напряжения, возникающие при превращении, релаксируют) и, во-вторых, иной субструктурой и особенностями выделения дисперсных карбидов (эти карбиды образуются по плоскостям, по которым располагаются и двойниковые дефекты укладки). Поэтому препятствия движению дислокаций весьма эффективны.

Интересно, что высокие значения предела упругости стали, закаленной на нижний бейнит, достигаются несмотря на присутствие в ней иногда весьма значительных количеств остаточного аустенита, при которых сталь после обычной закалки и отпуска обнаружила бы резкое падение этих свойств. По-видимому, такое поведение остаточного аустенита в стали, подвергнутой этим двум вариантам термической обработки, объясняется различным его структурным состоянием. В процессе изотермической закалки в обогащенном углеродом остаточном аустените, особенно кремнистых сталей (например, 60С2А), происходит выделение карбидов и изменение субструктуры вследствие релаксации напряжений, возникших в аустените в процессе его превращения. Все эти изменения приводят к повышению предела упругости аустенита и стали в целом.

Существенно, что сталь со структурой нижнего бейнита (40 HRC) обладает не только высоким пределом упругости, но также и более высокой усталостной прочностью при той же твердости, что и сталь, отпущенная после закалки на мартенсит, поскольку в первом случае, как указывается в работе, ниже величина микронапряжений, а форма карбидных частиц более равноосная. У стали со структурой верхнего бейнита (40 HRC) усталостная прочность ниже, чем у закаленной на мартенсит и отпущенной, поскольку карбидные частицы в верхнем бейните имеют пластинчатую форму и поэтому играют роль концентраторов напряжений.

Таким образом, у стали, подвергнутой изотермической закалке, можно обеспечить высокий комплекс свойств, имеющих основное значение для таких изделий, как пружины. Кроме того, после изотермической закалки сталь обладает повышенной пластичностью и вязкостью, а также более высоким сопротивлением отрыву. Поэтому пружины после изотермической закалки менее склонны к хрупким разрушениям, чем подвергнутые обычной закалке и отпуску.
Структура и свойства пружинных сталей после изотермической закалки

Еще более высокие свойства пружин могут быть получены в том случае, если после закалки на нижний бейнит их подвергнуть дополнительному отпуску при температурах, близких к температуре образования этой структуры. На рис. 46 показано изменение предела упругости стали 70С2ХА после изотермической закалки и отпуска разной продолжительности при 300° С. В результате дополнительного отпуска предел упругости стали повысился примерно на 300 Мн/м2 (30 кГ/мм2). Этот эффект качественно и даже количественно подтвержден экспериментально для большого числа сталей: 60С2, 65С2ВА, У9А, 65Г, 50ХФА, 70С2ХА (ЭИ142) и др.

Как показано в работе изотермическая закалка в сочетании с последующим отпуском обеспечивает также и резкое снижение упругого последействия как прямого, так и обратного, по сравнению с одной изотермической закалкой, что связано, по-видимому, с ростом сопротивления малым пластическим деформациям и повышением стабильности структуры (табл. 4).

Кроме того, применение этой названной нами двойной изотермической обработки позволяет повысить усталостную прочность, релаксационную стойкость, вязкость и пластичность. Несмотря на эффективность применения для пружин отпуска после изотермической закалки, до сих пор еще не установлены причины его воздействия на структурное и напряженное состояние стали. Можно предполагать, что определенный вклад в описанное изменение свойств вносит отпуск мартенсита, образовавшегося в процессе охлаждения от температуры изотермического превращения, некоторое уменьшение количества остаточного аустенита (на 2—3% для стали 60С2) и выделение из него карбидов, особенно если этот аустенит был обогащен углеродом. Карбиды могут выделяться и из a-фазы нижнего бейнита. Рентгеноструктурный анализ не выявил заметных различий между периодами решетки a-фазы до и после отпуска. Как показали проведенные опыты, дополнительный отпуск не дает заметного эффекта, если в результате изотермической закалки была получена структура верхнего бейнита, присутствие которой вообще недопустимо для пружин.

Учитывая приведенные данные о влиянии изотермической закалки с дополнительным отпуском, несомненно целесообразно применение подобной обработки для большого числа пружин различного, в том числе и ответственного, назначения. Использование после изотермической закалки дополнительного отпуска расширяет область ее применения, поскольку после этого отпуска можно получить требуемый комплекс свойств, который при равной твердости или прочности будет выше, чем после изотермической закалки на верхний бейнит или после обычной закалки на мартенсит и отпуска.

Для широко распространенных пружинных сталей рекомендуются следующие режимы изотермической закалки на нижний бейнит.

Сталь У10А: нагрев при 800±10° С и изотермическая выдержка в течение 10 мин при 315—335° С (твердость 43—48 HRC); или 15—20 мин при 320—360° С (твердость 40—48 HRC).

Сталь 65Г и 65: нагрев при 820±10° С и изотермическая выдержка 15—20 мин при 325—350° С (твердость 46—48 HRC).

Сталь 65С2ВА: нагрев при 870±10° С и изотермическая выдержка 30 мин при 280—320° С (твердость 48—52 HRC).

Сталь 60С2А: нагрев при 870±10° С и изотермическая выдержка 30 мин при 290—320° С (твердость 48—52 HRC).

Сталь 50ХФА: нагрев при 850±10° С и изотермическая_выдержка 30 мин при 320—330° С (твердость 48—50 HRC) или при 480—560° С (твердость 29—36 HRC).

Для повышения упругих свойств рекомендуется дополнительный отпуск при температурах изотермического превращения.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: