Изменения структуры при закалке в масло

При непрерывном охлаждении в стали с V_охл > V_кр аустенит превращается в мартенсит. Мартенситное превращение развивается в сталях с высокой скоростью (~1000…7000 м/с) в интервале температур М_н …М_к . При этом необходимо учитывать, что с увеличением содержания углерода в стали температуры М_н и М_к понижаются (точки М_н и М_к изменяют свое положение на графике). Введение легирующих элементов также изменяет положение точек М_н и М_к .В результате закалки стали 60С2ХА ее структура может иметь кроме мартенсита и некоторое количество остаточного аустенита.

Полученный мартенсит представляет собой пересыщенный твердый раствор углерода в α – железе и имеет тетрагональную кристаллическую решетку. Атомы углерода занимают в основном октаэдрические поры.

Образование в результате закалки мартенсита приводит к большим остаточным напряжениям, повышению твердости, прочности, однако при этом возрастает склонность к хрупкому разрушению, что требует проведения дополнительного последующего отпуска.

Превращения в закаленной стали при среднем отпуске (40°с)

Нагрев закаленной стали до температуры A_C1 принято называть отпуском. Отпуск должен обеспечить получение необходимых эксплуатационных свойств стали. Структура стали 60С2ХА после закалки состоит из мартенсита и остаточного аустенита.

Рассмотрим последовательность процессов при отпуске с повышением температуры. До 80 °С диффузионная подвижность мала и распад мартенсита идет медленно. Первое превращение при отпуске развивается в диапазоне 80…200°С и приводит к формированию структуры отпущенного мартенсита - смеси пересыщенного углеродом α раствора и когерентных с ним частиц ε – карбида. В результате этого существенно уменьшаются степень тетрагональности мартенсита ( часть углерода выделяется в виде метастабильного ε карбида), уменьшается его удельный объем, снижаются остаточные напряжения.

Второе превращение при отпуске развивается в интервале температур 200…260 °С (300 °С) и состоит из следующих этапов:

1. Превращение остаточного аустенита в отпущенный мартенсит.

2. Распад отпущенного мартенсита: степень его пересыщенности уменьшается до 0,15…0,2% , начинается преобразование ε – карбида в Fe₃C – цементит и его обособление, разрыв когерентности.

3. Снижение остаточных напряжений

4. Некоторое увеличение объема, связанное с переходом А_ост → М_отп.

Третье превращение развивается в интервале 300…400°С.При этом заканчивается распад отпущенного мартенсита и процесс карбидообразования. Формируется Феррито – карбидная смесь, существенно снижаются остаточные напряжения; повышение температуры отпуска выше 400 °С активизирует процесс коалесценции карбидов, что приводит к уменьшению дисперсности феррито – цементитной смеси.

В стали 60С2ХА после полной закалки в масле и среднего отпуска образуется структура троостита отпуска.

Основные сведения о стали 60с2ха.

ГОСТ 14959-79.Рессорно-пружинные стали.

Зарубежные аналоги: 1,7108 (DIN 17221, Германия), 9262  (AISI, США).

Химический состав
C	Si	Mn	Ni	S	P	Cr	Cu
0,56-0,64	1,4-1,8	0,4-0,7	До 0,25	До 0,025	До 0,025	0,7-1	До 0,2

Влияние легирующих элементов: Кремний и марганец сильно упрочняют феррит и способствуют повышению характеристик прочности стали после термической обработки. Влияние дополнительного легирования хромом, ванадием, никелем проявляется в уменьшении критической скорости охлаждения и повышении прокаливаемости. Карбидообразующие элементы -хром и ванадий – предупреждают обезуглероживание пружин при нагреве под закалку

Применение: рессоры, пружины, торсионные валы, пневматические зубила.

Прокаливаемость достигает 18 мм.

Механические свойства при t = 20° после термической обработки:

σв	σ0,2	δ5		ψ	E
1730 МПа	1600 МПа	9%		39%	1,96*10-5МПа
Твердость материала после отжига			HB 10-1 = 285 МПа
Твердость материала без термообработки			HB 10-1 = 321 МПа

Обозначения:σ_в –предел временной прочности

σ_0,2 – предел текучести

δ₅ – относительное удлинение при разрыве

ψ – относительное сужение при разрыве

Е – модуль упругости первого рода.

HB – Твердость по Бриннелю.

.