Билет 28

Закалка сталей. Выбор температур нагрева и охлаждающих сред при закалке. Влияние легирующих элементов на критическую скорость охлаждения, прокаливаемость и закаливаемость сталей.

Кристаллофизические методы очистки полупроводников, легирование полупроводников.

 

1 Закалка – вид термической обработки, заключающийся в нагреве стали выше критической температуры (структура аустенит), выдержки при этой температуре и охлаждении со скоростью выше критической (структура мартенсит). Цель: повышение твердости и прочности стали.

 

Критическая скорость охлаждения – минимальная скорость охлаждения стали, при которой не происходит распада аустенита с образованием перлита (t = 727° C).

 

При охлаждении со скоростью vкр кривая охлаждения касательна к линии начала распада А. При скорости v1<vкр – низкая скорость охлаждения – идет процесс распада А, закалки не происходит. При v2>vкр – происходит закалка с образованием мартенсита. При v3<vкр происходит неполная закалка, часть кристаллов А распадается, часть – превращается в мартенсит.

 

Выбор температуры нагрева стали под закалку.

 

Условия выбора:

 

1) Образование аустенитной структуры должно пройти полностью за относительно непродолжительное время.

 

2) Не должно происходить увеличения размеров зерна аустенита вследствие нагрева.

 

Результаты закалки при разных условиях:

 

1) Температура выше оптимальной: превращение происходит быстро, увеличиваются размеры кристаллов аустенита, следовательно возможно ухудшение свойств закаленной стали.

 

2) Температура оптимальная: превращение происходит быстро, результат качественный.

 

3) Температура ниже оптимальной: Закалка возможна, но недопустимо сильно увеличивается время выдержки.

 

4) Температура ниже критической: Аустенит образуется частично. Результат – неполная закалка.

 

Интервал температур определен экспериментально. Для заэвтектоидных сталей температура нагрева на 20–50° C выше линии SK. Причина: углерод как легирующий элемент способствует повышению устойчивости аустенита.

 

Для заэвтектоидных сталей закалка с температурой выше линии SK приводит к высокому содержанию углерода в аустените. После закалки при низких температурах в структуре находится много остаточного аустенита, как следствие уменьшается твердость. После закалки при температуре на 20–50° C выше линии SK, избыточный углерод остается в виде цементита, содержание углерода в аустените пониженное, аустенит практически полностью превращается в мартенсит. Влияние остаточного аустенита компенсируется высокой прочностью и твердостью вторичного цементита.

 

Способность стали к закалке.

 

1) Закаливаемость – способность стали существенно изменять свои свойства после закалки. Зависит от содержания углерода в стали (С > 0,25%).

 

2) Прокаливаемость – способность стали образовывать мартенсит при низких критических скоростях охлаждения. Чем ниже скорость, тем выше прокаливаемость, тем толще поверхностный слой закаленного металла.

 

Виды закалки:

 

1) Простая закалка:

 

Преимущества: Производится в одной охлажденной среде, простота, низкая стоимость.

 

Недостатки: Вероятность высоких внутренних напряжений, возможность возникновения трещин.

 

2) Закалка в двух закалочных средах:

 

Преимущества: Снижение внутренних напряжений.

 

Недостатки: Усложнение технологии закалки, высокая стоимость.

 

3) Закалка в двух закалочных средах с выдержкой:

 

Преимущества: Низкие внутренние напряжения, не возникают трещин.

 

Недостатки: Усложнение технологии закалки, высокая стоимость, высокая вероятность брака.

 

4) Закалка на бейнит:

 

Бейнит – структура, образованная из аустенита при температуре немного большей начала мартенситного превращения, и представляющая собой промежуточное состояние между аустенитом и мартенситом (ближе к мартенситу).

 

Преимущества: Оптимальное сочетание механических свойств: прочность, твердость, вязкость.

 

Недостатки: Сложная технологии закалки, высокая вероятность брака.

 

2. вопрос не входит в билеты