Превращение аустенита при непрерывном охлаждении

Влияние непрерывного охлаждения на превращение аустенита можно проследить путем наложения кривых охлаждения на диаграмму изотермического распада аустенита (рис. 8.12). Из рассмотрения этих зависимостей видно, что с повышением скорости охлаждения понижается степень переохлаждения аустенита и соответственно тем дисперснее образуется феррито-цементитная структура.

Можно считать, что при небольшой скорости охлаждения v1 образуется перлитная структура, при бльшей скорости v2 — сорбитная структура и при еще большей скорости — трооститная структура. Бейнитная структура при непрерывном охлаждении углеродистой стали обычно не образуется. При очень высоких скоростях (v4, vR, v5) часть аустенита или весь аустенит переохлаждается до точки Мн и превращается либо частично (при v4), либо полностью в мартенсит. Минимальную скорость охлаждения, при которой весь переохлажденный до Мн аустенит превращается в мартенсит, называют критической скоростью охлаждения (закалки) (vR).

Критическая скорость закалки зависит от устойчивости аустенита и определяется составом стали. Чем больше становится устойчивость аустенита в результате легирования стали (чем больше сдвигаются вправо С-образные кривые), тем меньше требуется критическая скорость закалки для получения чисто мартенситной структуры.

Углеродистые стали имеют высокую критическую скорость закалки (800–200 °С/с). Наименьшей критической скоростью обладает эвтектоидная сталь. При введении в сталь 1 % С, 1 % Сr критическая скорость закалки уменьшается в 3 раза, а при введении 0,4 % Mo критическая скорость закалки снижается с 200 до 50 °С/с. Очень сильно снижают критическую скорость закалки марганец, никель. Кобальт — единственный легирующий элемент, понижающий устойчивость аустенита и соответственно повышающий критическую скорость закалки. У многих легированных сталей критическая скорость закалки не превышает 20 °С/с.

Чем крупнее зерно аустенита и чем больше его однородность, тем выше устойчивость переохлажденного аустенита и соответственно меньше критическая скорость закалки.

Рис. 8.12. Наложение кривых охлаждения на диаграмму изотермического распада аустенита

Термокинетические диаграммы превращения переохлажденного аустенита

При разработке технологии термической обработки изделий из углеродистых и легированных сталей необходимо иметь представление о температурных интервалах протекания фазовых превращений при непрерывном охлаждении и о проходящих при этом в стали структурных превращениях. Эти представления можно получить с помощью термокинетических диаграмм, представляющих собой диаграммы, построенные в координатах «температура — время», на которые наносятся реальные кривые охлаждения и обозначаются области перлитного, бейнитного и мартенситного превращений конкретного состава стали (рис 8.13).

Рис. 8.13. Термокинетические диаграммы превращения переохлажденного аустенита:

а) эвтектоидная сталь; б) доэвтектоидная легированная сталь, содержащая 0,39 % С, 1 % Cr, 0,15 % Мо.

Тонкие линии на рис. а соответствуют диаграмме изотермического превращения переохлажденного аустенита

Эти диаграммы показывают, что при малых скоростях охлаждения в углеродистой стали возможен распад аустенита только с образованием ферритно-цементитной структуры различной степени дисперсности — перлита, сорбита, троостита. Промежуточного превращения в углеродистой стали не происходит. При высоких скоростях охлаждения (выше vR) аустенит претерпевает только мартенситное превращение. В легированной стали присутствует помимо перлитной также бейнитная область, причем повышение скорости охлаждения способствует образованию бейнита. Бейнитное превращение не проходит до конца и в структуре стали после охлаждения будут присутствовать бейнит, мартенсит и остаточный аустенит. Для получения чисто мартенситной структуры охлаждение стали необходимо проводить со скоростью выше критической, при которой не протекают ни перлитное, ни бейнитное превращения.

3.

Качество конструкционных углеродистых сталей определяется наличием в стали вредных примесей фосфора (P) и серы (S). Фосфор — придаёт стали хладноломкость (хрупкость). Сера — самая вредная примесь — придаёт стали красноломкость. Содержание вредных примесей в стали:

Обыкновенного качества — P и S — до 0.05 % (маркировка Ст).

Качественная — P и S — до 0.035 % (маркировка Сталь).

Высококачественная — P и S — до 0.025 % (маркировка А в конце марки).

Особовысококачественная — Р и S — до 0.015 % (маркировка Ш в конце марки).

Стали конструкционные углеродистые обыкновенного качества Широко применяются в строительстве и машиностроении, как наиболее дешёвые, технологичные, обладающие необходимыми свойствами при изготовлении конструкций массового назначения. В основном эти стали используют в горячекатанном состоянии без дополнительной термической обработки с ферритно-перлитной структурой. В зависимости от последующего назначения конструкционные углеродистые стали обыкновенного качества подразделяют на три группы: А, Б, В.

Стали группы А Поставляются определёнными регламентированными механическими свойствами. Их химический состав не регламентируется. Эти стали применяются в конструкциях, узлы которых не подвергаются горячей обработке — ковке, горячей штамповке, термической обработке и т. д. В связи с этим механические свойства горячекатаной стали сохраняются.

Стали группы Б Поставляются с определённым регламентированным химическим составом, без гарантии механических свойств. Эти стали применяются в изделиях, подвергаемых горячей обработке, технология которой зависит от их химического состава, а конечные механические свойства определяются самой обработкой.

Стали группы В Поставляются с регламентируемыми механическими свойствами и химическим составом. Эти стали применяются для изготовления сварных конструкций. Их свариваемость определяется химическим составом, а механические свойства вне зоны сварки определены в состоянии поставки. Такие стали применяют для более ответственных деталей.

По степени раскисления углеродистые стали обыкновенного качества подразделяются на спокойные (СП), полуспокойные (ПС), кипящие (КП). Степень раскисления определяется содержанием кремния (Si) в этой стали. Спокойные — 0.12-0.03 % (Si), полуспокойные — 0.05-0.17 % (Si), кипящие — менее 0.07 % (Si).

Маркировка Основные марки конструкционных углеродистых сталей обыкновенного качества:

Ст1КП2; БСт2ПС; ВСт3ГПС; Ст4-2; … ВСт6СП3.

Буква перед маркой показывает группу стали. Сталь группы А — буквой не обозначается.

Ст — показывает, что сталь обыкновенного качества.

Первая цифра — номер по ГОСТу (от 1 до 6).

Буква Г после первой цифры — повышенное содержание марганца (Mn)-(служит для повышения прокаливаемости стали).

СП; ПС; КП — степень раскисления стали.

Вторая цифра — номер категории стали (от 1 до 6 — основные механические свойства). Сталь 1-ой категории цифрой не обозначается.

Тире между цифрами указывает, что заказчик не предъявлял требований к степени раскисления стали.