Значення швидкості охолодження при загартуванню

Аустенітна структура нестійка. Так, якщо взяти сталь з 0,8% С, нагріти її до аустенітного стану, а потім швидко охолодити до температури 700 ° С, то не мине й хвилини, як почнеться розпад аустеніту і перетворення його в перліт, на зразок того, як це відбувається при повільному охолодженні стали.

Якщо і далі підтримувати постійну температуру 700 ° С, зануривши, наприклад, для цього сталь в соляну ванну з такою температурою, то розпад аустеніту триватиме приблизно 8-9 хв, після чого весь вуглець вийде з розчину, і аустеніт повністю перетвориться в перліт. Це так званий ізотермічний розпад аустеніту, т. Е. Перетворення його в перліт при постійній температурі (з - по грецьки означає однаковий, постійний).

Якщо тепер простежити за таким же перетворенням аустеніту при температурі 600 ° С, то виявиться, що воно почнеться через 1 с і закінчиться через 6-7 с. Але вже при температурі 400 ° С картина знову змінюється: початок розпаду настане через 10 с, а кінець - через 2,5-3 хв. Все це можна зобразити графічно. Для цього на горизонтальній осі відкладемо час, а на вертикальній - температуру. Проведемо горизонтальні лінії на рівні, необхідному для різних температур від 200 до 700 ° С через кожні 100 °. На ці лінії нанесемо точки: н - початок розпаду і до - кінець розпаду аустеніту для кожної температури. Тепер з'єднаємо плавними кривими однойменні точки і отримаємо відомі С-образні криві (рис. 15). Як можна бачити, в інтервалі температур 550-600 ° С аустеніт має мінімальну стійкістю, і не проходить і секунди, як починається його розпад з утворенням перлитной структури. При більш низькій і при більш високій температурах стійкість аустеніту проти розпаду буде вищою. Це можна пояснити наступними причинами. З підвищенням температури збільшується стійкість аустеніту. Вище температури 727 ° С він може існувати невизначено довго. При зниженні ж температури до 550-600 ° С стійкість аустеніту, т. Е. Час його існування до початку розпаду, зменшується. Але вже, починаючи від цієї температури, проявляється дію іншого фактора - зменшення рухливості атомів у міру зниження температури. Це затримує перебудову решітки і вихід з неї вуглецю. В результаті стійкість аустеніту підвищується.

Мал. 15. З-образні криві для вуглецевої сталі

Очевидно, для того щоб уникнути розпаду аустеніту, охолодження при загартуванню потрібно проводити з такою швидкістю, щоб час перебування стали в небезпечному інтервалі температур (550-600 ° С) було менше 1 с. Для цього необхідно, щоб швидкість зниження температури при загартуванню була приблизно 200 ° С / с, що легко досягається при охолодженні у воді. Після проходження небезпечного інтервалу мінімальної стійкості аустеніту велика швидкість охолодження вже не потрібна. Справді, як це видно за тим же графіком, вже при температурі 300 ° С початок розпаду аустеніту настає, через більш ніж 2 хв.

Відомо, що для загартування легованих сталей потрібна менша швидкість охолодження, ніж для загартування вуглецевих. Велика частина легованих сталей гартується в маслі, а деякі - навіть на повітрі. Це пояснюється тим, що в легованих сталях аустеніт більш стійкий проти розпаду внаслідок дії легуючих елементів. Вони так само, як і вуглець, розчиняються в аустените, з тією лише різницею, що атоми вуглецю розташовуються усередині осередків, або, як кажуть, в междоузлиях атомної решітки заліза, в той час як атоми легуючих елементів заміщають атоми заліза. Поряд з цим легуючі елементи, як і залізо, можуть утворювати хімічні сполуки з вуглецем, які називаються карбідами. У легованих сталях при розпаді аустеніту також утворюється перліт, але на відміну від вуглецевих сталей він складається з карбідів і фериту.

Графічно велика стійкість аустеніту виражається тим, що С-образні криві для легованих сталей розташовуються на діаграмі значно правіше, ніж для вуглецевих (рис. 18). Лінія, відповідна критичної швидкості гарту, на такий діаграмі має невеликий нахил, т. Е. Швидкість охолодження, необхідна для загартування, в цьому випадку потрібна менша. Завдяки цьому деталі з легованих сталей при загартуванню менш схильні до викривлення і тріщин. У цьому полягає одна з важливих переваг легованих сталей перед вуглецевими.

Мал. 18. З-образні криві для вуглецевої сталі (а) і для легованої хромової сталі (б)