Определение структуры упрочняющей термической обработкой

Основной механизм упрочнения это мартенситное превращение. Т.о. заключается в высокой температурной закалке (1000 – 1050^оС масло). Исходная структура П+ К _I + К_II. Особенностью закалки является высокий нагрев. Чтобы растворить вторичные карбиды хрома и получить высоколегированный аустенит. Также высокий нагрев обеспечивает получение высоколегированного мартенсита устойчивого от распада. После закалки в масле в структуре содержится наряду с мартенситом, карбидами, повышенное количество остаточного аустенита (<20%).

После закалки проводим низкий отпуск. Два варианта отпуска:

1) температура 170 -200^оС – на максимальную твердость (HRC 60 – 62);

2) температура 300 – 350^оС – на максимальную ударную вязкость (KCU 0,2 – 0,3).

В окончательной структуре стали всё равно сохраняется до 10% остаточного аустенита.

Проектирование операций закалки и отпуска

Закалка

От выбора температуры закалки зависит фазовый состав, размер зерна, количество остаточного аустенита, а, следовательно, свойства сталей. Оптимальная температура нагрева сталей под закалку выше линии А_с1 в заэвтектоидных сталях перлитного класса. Чем выше температура нагрева, тем выше легированность твердого раствора за счёт растворения большего количества карбидной фазы, что положительно скажется на теплостойкости стали. Но с другой стороны, интенсивность растворения карбидов при нагреве выше определённых температур вызывает интенсивный рост зерна аустенита, а, значит, снижает прочность, и особенно, ударную вязкость.

Качество термической обработки контролируют по структуре и свойствам. Лучший комплекс свойств штамповых сталей достигается при величине зерна балла 9 – 11. Увеличение размера зерна от балла 11 к баллу 9 приводит к снижению прочности и ударной вязкости примерно в 1,5 раза.

Как правило, температура закалки, необходимая для получения большей теплостойкости, лежит выше 40 – 60^оС по сравнению с температурой, позволяющей получить высокую прочность, вязкость и минимальную деформацию инструмента.

Таким образом, высокотемпературный нагрев под закалку возможен из-за наличия нерастворимых первичных карбидов, которые располагаясь по границам зерна, сдерживают его рост.

После закалки в структуре штамповых сталей обязательно присутствует остаточный аустенит. Его количество зависит от получаемой степени легированности при нагреве под закалку. С увеличением легированности твердого раствора доля остаточного аустенита возрастает. Количество остаточного аустенита после закалки у полутеплостойких высокохромистых сталей – до 20%. Присутствие остаточного аустенита снижает твердость на 0,5 – 2,0 единицы HRC, предел текучести – примерно на 50 МПа на каждый процент аустенита.

Охлаждение после аустенизации проводят в масле. Для предупреждения образования закалочных трещин и снижения коробления рекомендуется применять ступенчатую закалку.

Режим закалки для штамповой стали Х12Ф1 будет заключаться в высокотемпературной ступенчатой закалке:

· 1-ый подогрев в ванне-печи до 300 – 350^оС

· 2-ой подогрев в ванне-печи до 650 – 700^оС

· Окончательный нагрев в ванне-печи до 1000 – 1020^оС

Первый и второй подогрев проводится медленнее для превращения перлита в аустенит и выдерживается до выравнивания нужных температур по сечению детали.

Ступенчатый нагрев под закалку будем производить в соляной ванне. Широкое применение этого метода обусловлено следующими преимуществами: высокой интенсивностью и равномерностью нагрева; возможностью осуществления местного нагрева, предотвращением окисления и обезуглероживания, жидкая среда защищает нагреваемый инструмент от непосредственного воздействия воздуха, препятствует окислению его поверхности в процессе нагрева, в момент переноса закаленного инструмента в охлаждающую среду на его поверхности сохраняется тонкая пленка застывшей соли, которая защищает инструмент от интенсивного окисления в процессе охлаждения.

Ступенчатость нагрева нужна для того, чтобы обеспечить равномерный прогрев по сечению, уменьшить внутренние напряжения и деформацию, и снизить опасность образования трещин.

При нагреве инструмента под закалку будем использовать наиболее распространенную соль БМ3Ю состав по массе 96,9% BaCl₂+3MgF₂+0,1B; t_плав=940^оС, t_прим=1050-1300^оС. Ректификаторы вводятся (через каждые 4 часа) отдельно:

1. Бура 0,5%

2. Ферромлиций 0,3%

3. Фтористый магний 0,5%

Закалку будем проводить в печи-ванне электродной, рабочей температуре 1230 – 1260^оС, с max рабочей температурой 1300^оС.

После закалки твердость стали Х12Ф1 HRC 63 – 65. Микроструктура М + К_I(5-10%) + A_ост(до 20%)

Отпуск

После закалки обязательно делается отпуск для получения более стабильного состояния сплава. Он снимает напряжение, остаточный аустенит и обеспечивает окончательные свойства сталям.

В процессе отпуска происходит выделение из твердых растворов дисперсионных карбидов и превращение А_ост объединяется в мартенсит. А_ост объединяется при нагревах с легирующими элементами и при охлаждении с температур отпуска превращается в мартенсит. В результате отпуска твердость повышается до HRC 57-59 (одновременно повышается и предел прочности). Структура сталей после отпуска состоит из М_отп+К_I (10 -15%)+А_ост(до 10%)

Отпуск для стали Х12Ф1 следующий: однократный 1,5 часовой с температурой 350 – 400^оС. Отпуск будем проводить в стандартной электродной соляной ванне с формой рабочего пространства в виде шестигранной призмы типа С – 75(рис.3, лист 2), с max рабочей температурой 1300^оС.

В качестве среды для отпуска будем использовать расплав соли: 30% BaCl₂ + 20% NaCl + 50% CaCl₂, с t_плав = 450^оC, t_раб = 500 – 675^оС

После проведения закалки и отпуска сталь Х12Ф1 должна обладать следующими свойствами: твердость не ниже 57 – 59 HRC, теплостойкость T=420^оС, удовлетворительная прочность и вязкость, высокое сопротивление малым пластическим деформациям. Структура стали: М+К_I(10-15%)+А_ост(до 10%)