Термообработка.

В предыдущей статье мы остановились на фазах и структурах сталей, кстати стали содержат углерод до 2,14 %, чугуны от 2,14 до 6,67 %, сталь, содержащая 0,8 % углерода называется эвтектоидной, чисто перлитной. Стали доэвтектоидные (конструкционные) содержат до 0,8 % углерода; стали, содержащие углерод от более 0,8 до 2,14 называются заэвтектоидными (инструментальными).
Мартенсит и аустенит-инь и янь, Фас и профиль, Каржемелик и вахмурка, Чук и Гек, в общем сладкая парочка неразрывно шагающая нога в ногу. При этом для ножедела они как две подруги, красивая и не очень. Одна желанна, а вторую бы с глаз долой. Разберемся почему
Итак, мартенсит-это желанная структура стали. Прочная и твердая. Получается он методом переохлаждения аустенитной фазы. Другими словами, мартенсит – результат проведения закаливания сталей с содержанием углерода выше 0,3%. Еще проще говоря. Нагрели сталь до красна-сунули в воду. получили мартенсит. Вот пока железка красная-она есть аустенит, а после закалки, мартенсит. Но аустенит, в заэвтектоидных сталях так просто не сдается, и уходит не весь. После закалки получается остаточный аустенит, который считается нежелательным, т.к. снижает прочность и твердость. Для борьбы с этим явлением применяется два способа.

1. Охлаждение ниже комнатной температуры с целью продолжения превращения аустенита в мартенсит при температурах -70 С, тогда процедура называется “обработка холодом” или -153 С, тогда называется “криогенная обработка”
   Стоит сказать, что при переходе из аустенита мартенсит расширяется. При этом сталь испытывает большие напряжения. Для их снятия необходимо сделать “отпуск”-нагрев после закалки до температур ниже критических точек. После глубокого охлаждения примениется т.н. “низкий отпуск” до 250 С.
2. Вторым способом избавиться или снизить количество остаточного аустенита, является закалка на вторичную твердость. Осуществляется с более высоких температур с выделением еще большего количества остаточного аустенита, но с применением многократного “высокого отпуска” 450-600 С удается практически полностью убрать остаточный аустенит.

Замечу, то свойствами вторичной твердости обладают не все стали. А те которые обладают не всегда целесообразно термообрабатывать таким образом.

Разобравшись в процессах превращения из фазы в структуры сплавов железо-углерод стоит пройтись по терминам применимым к термообработке.
Подчеркну, что написанное ниже справедливо для мартенситных сталей. В нашем случае применяется объемная закалка сталей. О других способах термообработки я напишу если будет запрос. Погнали

ОТЖИГ – это нагрев стали до температуры выше критической, выдержка при этой температуре и медленной охлаждение вместе с печью. Даю перевод. Нагрели до закалочной температуры, остудили с печью(углями). Получили структуру перлита. Мягкий как гвозди металл. Очень хорошо обрабатывается шлифованием, например(а вот точится плохо-наволакивается)
Отжиги бывают разных видов. Я лишь их перечислю без углубления, потому что листовой металл при поставке уже должен быть отожжен, а значит отжиг обычно не применяем.
Отжиг первого рода (І-го рода)
Гомогенизационный отжиг
Рекристаллизационный отжиг
Отжиг для снятия напряжений
Высокий отжиг
Отжиг второго рода (ΙΙ-го рода)
Полный отжиг
Неполный отжиг
Отжиг на зернистый перлит (маятниковый отжиг)
Изотермический отжиг
Патентирование
Нормализационный отжиг (нормализация стали)

Даже если отжиг необходим, накосячить довольно трудно.

ЗАКАЛКА- это процесс термической обработки, заключающийся в нагреве стали до температуры выше критической и последующем быстром охлаждении, со скоростью подавляющей распад аустенита на феррито-цементитную смесь и обеспечивающей структуру мартенсита. Со структурами разобрались. Нам нужен мартенсит, и вот тут испортить изделие масса способов.

1. Частичная закалка стали
   Частичной называется закалка, при которой скорости охлаждения не хватает для образования мартенсита и она оказывается ниже критической. Образуется мартенсит и троостит.Частичная закалка является браком, который устраняется полной перекристаллизацией стали, например при нормализации или при повторном нагреве под закалку.

2.Неполная закалка сталей
Закалка с более низких температур сохраняет в структуре сталей наряду с мартенситом часть феррита, который снижает твердость в закаленном состоянии и ухудшает механические свойства после отпуска. В теории, неполная закалка сталей не допустима и является браком. На практике, в ряде случаев для избежания закалочных трещин, неполная закалка может использоваться. Для ножей не применяется.

3.Закалочные трещины. Закалочные трещины – это неисправимый брак, возникающий при неправильном нагреве (перегреве), большой и неравномерной скорости охлаждения и при несоответствии скорости охлаждения химическому составу стали. Закалочные трещины возникают также при неправильной конструкции деталей, резких переходах, грубых рисках, острых углах, тонких стенках и т. д. При проектировании ножа учитывается возможность изделия лопнуть в неподходящем месте.

4. Деформация и коробление. Этот вид брака деталей образуется в результате неравномерных структурных и связанных с ними объемных превращений и возникновения внутренних напряжений при охлаждении.Один из самых сложных этапов в изготовлении ножа-избежать коробления. Избегается гигантским опытом термиста и различными приспособлениями.

5.Обезуглероживание. Обезуглероживание инструмента при нагреве в электрических печах и жидких средах (соляных ваннах) – серьезный дефект при закалке, так как он в несколько раз снижает стойкость инструмента. Поэтому мы слесарим уже термообработанные заготовки или применяем безокислительные среды(азот, аргон, вакуумную печь)

6. Мягкие пятна. При закалке на поверхности детали или инструмента образуются участки с пониженной твердостью. Причинами такого дефекта могут быть наличие на поверхности деталей окалины и загрязнения, участки с обезуглероженной поверхностью или недостаточно быстрое движение деталей в закалочной среде (паровая рубашка).
   Недопустимый дефект. Возможен на углеродистых сталях при несоблюдении режимов.
7. Низкая твердость. Причинами низкой твердости являются недостаточно быстрое охлаждение в закалочной среде, низкая температура закалки, а также малая выдержка при нагреве под закалку.

8.Перегрев – нагрев стали под закалку выше требуемой температуры, что приводит росту зерна аустенита и формированию крупноигольчатого мартенсита после закалки, который ухудшает механические свойства стали. Для измельчения зерна и подготовки структуры для повторной закалки перегретую сталь необходимо подвергнуть отжигу.

ОТПУСК. Как мы уже знаем, отпуск необходим для снятия напряжений, остановлюсь поподробнее

1.Низкий отпуск сталей делают при температуре до 250°С. Применяется для инструментальных сталей. Сохраняет высокую твердость.

2.Средний отпуск проводится при температурах 250–450 °С. Средний отпуск применяется при термообработке упругих деталей: рессор, пружин и др.

3.Высокий отпуск с температур 450-700°С применяется для большинства конструкционных сталей. Его широко используют при термообработке различных втулок, опор, крепежных изделий, работающих на растяжение-сжатие и других изделий, которые испытывают статические нагрузки. А так же закалки на вторичную твердость.

Явление отпускной хрупкости

При отпуске некоторых сталей возможно протекание процессов, которые снижают ударную вязкость стали не меняя остальные механические свойства. Такое явление называется отпускной хрупкостью и наблюдается в температурных интервалах отпуска при 250–400ºС и 500–550ºС. Первый вид хрупкости называется отпускной хрупкостью Ι рода и является необратимым, поэтому стоит избегать отпуска сталей при этих температурах. Данный вид присущ практически всем сталям, легированным хромом, магнием, никелем и их сочетанием, и обусловлен неоднородным выделением карбидов из мартенсита. Второй вид отпускной хрупкости – отпускная хрупкость ΙΙ-го рода является обратимым. Отпускная хрупкость ΙΙ-го рода проявляется при медленном охлаждении легированной стали при температуре 500–550°С. Данная хрупкость может быть устранена повторным отпуском с большой скоростью охлаждения (в воде или масле). В этом случае устраняется причина этой хрупкости – выделение карбидов, нитридов, фосфидов по границам бывших аустенитных зерен. Устранение отпускной хрупкости легированных сталей возможно введением в них малых добавок молибдена (0,2–0,3 %) или вольфрама (0,5–0,7 %).

Для грамотного отпуска необходимо установить верную температуру, проверить сталь и температуру на отпускную хрупкость и ее предотвратить или устранить, а так же правильно определить время и количество отпусков.

Режимы термообработки некоторых сталей я напишу в последующих статьях