14. Структура и дефекты инструментальных сталей после термической и финишной обработки

15. Дефекты термической обработки

16. Углеродистые и легированные инструментальные стали.

При нарушении режимов термической обработки возникают следующие дефекты.

Отжиг. При завышенной температуре отжига образуется структура пластинчатого перлита, возможно появление цементитной сетки, это снижает механические свойства и ухудшает обрабатываемость резанием.

Закалка. При перегреве (закалочная температура выше оптимальной) после закалки получается структура крупноигольчатого мартенсита. Стали с такой структурой имеют пониженную прочность и вязкость. Недогрев (пониженная температура или недостаточная выдержка при температурах закалки) или замедленное охлаждение в процессе закалки приводят к понижению твердости. При недогреве в структуре заэвтектоидных сталей наблюдаются участки перлита, при медленном охлаждении – участки троостита.

Отпуск. Повышение температуры отпуска сверх оптимальной приводит к снижению твердости стали.

Углеродистые инструментальные стали при закалке следует охлаждать в воде из–за их низкой прокаливаемости. Это может привести к появлению пятнистой твердости, т.е. пониженной твердости отдельных участков инструмента. Появление пятнистой твердости связано с тем, что при погружении в воду инструмента, нагретого до температуры закалки, происходит парообразование. Участки инструмента, соприкасающиеся с паром, охлаждаются медленно (скорость охлаждения ниже критической), т.к. теплопроводность пара значительно ниже, чем воды. В результате они получают структуру не мартенсита, а троостита и пониженную твердость. Избежать пятнистой твердости возможно при выполнении интенсивных движений в воде, что позволяет сбить паровую рубашку, а также используя в качестве охлаждающей жидкости не воду, а растворы солей (10…15% раствор NaCl в воде). Такие растворы имеют повышенную, по сравнению с водой, температуру парообразования, и паровая рубашка не образуется. При использовании такой охлаждающей среды возрастает скорость охлаждения.

Углеродистые инструментальные стали склонны к образованию закалочных трещин. Это связано с необходимостью быстрого охлаждения для получения высокой твердости. Опасность образования трещин возрастает при использовании в качестве охлаждающей жидкости растворов солей. Опасность возникновения трещин возникает при наличии в детали концентраторов напряжений – острых углов, резких переходов от сечения к сечению и т.д.

Наиболее рационально нетехнологичные детали изготавливать не из углеродистых, а легированных инструментальных сталей, обладающих большей прокаливаемостью. При закалке их охлаждают в масле, т.е. с меньшей скоростью охлаждения. Это позволяет предупредить образование трещин и уменьшит деформацию интсрументов.

17. Быстрорежущие стали.

Закалка. Оптимальной является закалка, обеспечивающая величину аустенитного зерна, соответствующую 10–11 баллу стандартной шкалы (приложение 7). При этом достигаются высокие значения твердости, теплостойкости и достаточной прочности.

Перегрев (зерно крупнее 10 балла) приводит к снижению прочности и ударной вязкости. При этом возрастает вероятность поломки или выкрашивания режущей кромки инструмента.

Недогрев (зерно мельче 11 балла) не позволяет получить необходимой теплостойкости, это приводит к ускоренному износу.

Охлаждение от закалочных температур до 600°…500°C должно быть ускоренным, чтобы предотвратить выделение карбидов из аустенита, это приводит к потере теплостойкости.

Отпуск. При повышении температуры отпуска выше оптимальной снижается твердость. Проведение отпуска при температурах ниже оптимальной, уменьшение количества отпусков, а также проведение последующего отпуска инструмента, не охлажденного до цеховой температуры после предыдущего отпуска, приводит к сохранению в структуре остаточного аустенита и снижению износостойкости инструмента.

О безуглероживание может происходить при нагреве под закалку. При этом в поверхностных слоях инструмента снижается содержание углерода, что приводит к снижению твердости этих слоев. При малой глубине обезуглероженного слоя этот дефект не может быть обнаружен измерениями твердости по Роквеллу. Для определения глубины слоя применяют прямой метод послойного снятия тонкой стружки инструментом из сверхтвердого материала (СТМ), и определения в ней содержания углерода химическим методом. Используется также металлографический метод (метод В.Д.Садовского). Метод основан на том, что температура мартенситных точек (М_н и М_к) обезуглероженного слоя выше, чем у стали с нормальным содержанием углерода (рис.6). Образец нагревают до закалочной температуры, принятой для данной стали. Охлаждение осуществляют до температуры, которая ниже точки М_н (М_н¢) обезуглероженного слоя, но выше точки М_н слоя с нормальным содержанием углерода. При этом в обезуглероженном слое образуется мартенсит закалки. После выдержки при данной температуре образец нагревают до 560°C, выдерживают ~2мин. и охлаждают до цеховой температуры. При этом в обезуглероженном слое образуется мартенсит отпуска, а в основном слое мартенсит закалки. Мартенсит отпуска травится сильнее, чем мартенсит закалки. Поэтому при исследовании микрошлифа на металлографическом микроскопе он выглядит более темным, и глубину обезуглероженного слоя можно измерить.

Нафталинистый излом. Излом такой стали грубый, в нем видны блестки (отсюда и название дефекта) – следствие разрушения по определенным кристаллографическим плоскостям. Микроструктура стали часто отличается наличием весьма крупного зерна. Твердость и теплостойкость сталей с нормальным и нафталинистым изломом одинаковы, но прочность и ударная вязкость последних в два–четыре раза ниже.

Причина появления нафталинистого излома – двойная закалка, выполненная без промежуточного отжига. В результате первой закалки происходит растворение карбидов, которые препятствуют росту зерна аустенита.

Первая закалка может произойти в результате горячей обработки быстрорежущей стали (ковка, сварка), производимой при температурах выше a®g превращения. Поскольку прокаливаемость быстрорежущих сталей весьма высока, то даже медленное (на воздухе) охлаждение от температур обработки приводит к появлению в структуре мартенсита, т.е. происходит закалка.