3.2.3. Дефекты закалки.

Внутренние напряжения. При закалке температура стального тела падает неодинаково по его сечению. Поэтому происходит, во-первых, неодновременное тепловое сжатие отдельных участков тела и, во-вторых, неодновременное расширение их при превращении аустенита в мартенсит. Напряжения, возникающие в теле по первой причине, называют тепловыми, а по второй – структурными. Внутренние напряжения могут быть положительными и отрицательными. Еще Калакуцкий Н.В. указывал, что внутренние напряжения могут быть полезны, когда их направление противоположно направлению напряжений, возникающих при эксплуатации деталей. Различают внутренние напряжения трех видов. 1 рода – зональные напряжения, возникающие между отдельными зонами детали; 2 рода – возникают между отдельными зернами или внутри зерна; 3 рода – возникают вокруг одного какого-либо атома.

Трещины. Они обычно появляются после полного охлаждения детали, причем не сразу после закалки, а спустя некоторое время. Трещины возникают в результате растягивающих напряжений на поверхности изделия. Для предупреждения закалочных трещин на практике применяют закалку через воду в масле, чтобы выше мартенситной точки охлаждение детали происходило в воде, а ниже – в масле.

Деформация стальных изделий при термической обработке происходит, во-первых, из-за изменения удельного объема стали при фазовых превращениях и, во-вторых, из-за изменения формы тела под влиянием тепловых и структурных напряжений. Наибольшие деформации стальных деталей происходят при закалке.

3.3. Oтпуск стали.

Нагрев закаленной стали до температур ниже Ас₁ (727 °С) с последующим охлаждением называется отпуском закаленной стали.

В зависимости от температуры нагрева различают низкий, средний и высокий отпуск.

При низком отпуске деталь нагревают до ≈250 ⁰С, выдерживают в течение 1-3 часов и охлаждают в печи. В результате превращения тетрагонального мартенсита в кубический (за счет образования карбидов) твердость стали немного повышается. Применяют низкий отпуск для инструментальных сталей, после цементации, поверхностной закалки и т.д.

При среднем отпуске сталь нагревают до ≈400 ⁰С, выдерживают и охлаждают обычно в масле. Получается структура троостита. Сталь имеет хорошее сочетание: высокую твердость, прочность с хорошей упругостью и вязкостью. Среднему отпуску подвергают пружины и рессоры.

При высоком отпуске сталь нагревают до ≈650 ⁰С, выдерживают и охлаждают в масле. Структура – сорбит или перлит с зернистым цементитом. Такой отпуск применяют для деталей машин, испытывающих при эксплуатации ударные нагрузки.

3.4. Старение сплавов

Старение - изменение свойств сплавов с течением времени. В результате старения изменяются физико-химические свой­ства: прочность и твердость повышаются, а пластичность и вязкость понижаются.

Естественное старение происходит при комнатной температуре (~ 20°С).

Искусственное старение - при нагреве до невысоких темпера­тур (до 100 °С).

Различают два вида старения:

-термическое, протекающее в закаленных сплавах;

-деформационное, происходящее в сплавах, пластически де­формированных при температуре ниже рекристаллизации.

Термическому старению подвергают сплав, компоненты ко­торого обладают ограниченной переменной растворимостью в твердом состоянии. Деформационное старение не связано с диаграммой со­стояния сплава. Старению склонны многие сплавы железа и цветные сплавы.

Результаты старения бывают либо положительными, либо отрицательными. В первом случае его используют при термообработке цветных сплавов для повышения их прочности и твердости, для уп­рочнении деталей из пружинных сталей. Во втором случае старение приводит к резкому снижению ударной вязкости и повышению порога хладноломкости, что может явиться причиной разрушения конструк­ции.

Для сталей термическое старение - это разновидность отпуска, поэтому наибольший эффект старения у закаленной стали.