Термическая обработка науглероженной стали 

Стали, используемые для изготовления науглероженных деталей, называются науглероженными сталями:

Основным процессом термической обработки науглероженных сталей обычно является закалка и низкотемпературный отпуск после науглероживания. После обработки сердцевина детали имеет достаточную прочность и вязкость мартенсита с низким содержанием углерода, поверхностный слой твердого и износостойкого закаленного мартенсита и некоторое количество мелкого карбида.

Некоторые конструктивные детали, должны выдерживать более интенсивные удары и условия износа для работы, например, автомобили, тракторы на шестернях трансмиссии, двигатели внутреннего сгорания на кулачках, поршневых пальцах и так далее.

В соответствии с условиями работы, эти детали должны обладать высокой поверхностной твердостью и износостойкостью, в то время как сердце требует высокой прочности и соответствующей вязкости, то есть требования к заготовке «поверхностная твердость и вязкость».

Для того чтобы учесть вышеуказанные двойные характеристики, можно использовать низкоуглеродистую сталь через закалку науглероживанием и низкотемпературный отпуск для достижения, в это время сердце деталей является закалочной организацией низкоуглеродистой стали, чтобы обеспечить высокую вязкость и адекватную прочность, а поверхностный слой (на определенной глубине) имеет высокое количество углерода (0,85% ~ 1,05%), закаленный высокой степенью твердости (HRC>60), и может получить хорошую износостойкость.

Характеристики состава науглероженной стали:

Содержание углерода в науглероженной стали обычно очень низкое (от 0,15% до 0,25%), относящейся к низкоуглеродистой стали, такое содержание углерода обеспечивает хорошую вязкость и пластичность науглероженных деталей.

Для того чтобы повысить прочность сердцевины стали, в нее может быть добавлено определенное количество легирующих элементов, таких как Cr, Ni, Mn, Mo, W, Ti, B и так далее.

Среди них Cr, Mn, Ni и другие легирующие элементы играют главную роль в повышении прокаливаемости стали, так что поверхностный слой и сердцевина организации укрепляются после закалки и низкотемпературного отпуска.

Кроме того, небольшое количество Mo, W, Ti и других карбидообразующих элементов может образовывать стабильный карбидный сплав, играть роль измельчителя зерна, препятствовать роли стали в науглероживании при перегреве.

Следовые количества B (от 0,001% до 0,004%) могут сильно повысить прокаливаемость легированной науглероженной стали.

Классификация науглероженных сталей:

Легированные науглероженные стали делятся на три категории по степени закаливаемости или прочности.

Легированная науглероженная сталь с низкой прокаливаемостью:

Это низкопрочная науглероженная сталь (предел прочности на растяжение ≤ 800 МПа), такая как 15Cr, 20Cr, 15Mn2, 20Mn2 и т.д.. Этот тип стали закаливаемость низкая, путем науглероживания, закалки и низкотемпературного отпуска после сердца нижней прочности и прочности и вязкости с плохой. В основном используется в производстве небольших сил, требования к прочности не высокие износа частей, таких как дизельные двигатели распредвалы, поршневые пальцы, ползун, шестерни и так далее.

Зерна ядра науглероживания в этом типе стали легко растут, особенно в марганцевой стали. Если требования к производительности высоки, этот тип стали при науглероживании часто использует второй метод закалки, то есть после науглероживания сначала проводится нормализующая обработка для устранения образования карбонитридной перегретой организации, а затем повторная закалка с подогревом.

в легированной науглероженной стали с повышенной твердостью

Это легированная науглероженная сталь средней прочности (предел прочности на разрыв = 800 ~ 1200 МПа), такая как 20CrMnTi, 12CrNi3A, 20CrMnMo, 20MnVB и так далее. Этот тип стали содержит около 4% от общего количества легирующих элементов, так как основные Cr и Mn два элемента с добавлением стали, может более эффективно улучшить прокаливаемость и механические свойства (прочность на разрыв = 1000 ~ 1200MPa). Обычно используется в производстве тяжелых нагрузок средних и малых изнашиваемых деталей и средних нагрузок зубчатых колес с большим модулем. Например, автомобили, тракторы, коробки передач и редукторы заднего моста, валы шестерен, головки крестовин, шлицевые втулки, седла клапанов, кулачковые диски и так далее.

Этот тип стали содержит Ti, V, Mo, науглероживание аустенита тенденция роста зерна мала, поэтому может быть использован с температуры науглероживания предварительно охлажден до 870 ° C или так прямой закалки, и низкая температура отпуска, чтобы сделать детали имеют лучшие механические свойства.

Легированная науглероженная сталь с высокой твердостью:

То есть высокопрочная науглероженная сталь (предел прочности на разрыв > 1200 МПа), такая как 12Cr2Ni4, 18Cr2Ni4WA и так далее. Этот тип стали содержит легирующие элементы ≤ 7,5% от общего количества, благодаря большему количеству Cr, Ni элементов, может значительно улучшить прокаливаемость стали, особенно добавление большего количества Ni, одновременно улучшая прочность, так что сталь имеет хорошую вязкость. Этот тип стали может использоваться в качестве важных крупных деталей, подверженных большим нагрузкам и интенсивному износу, таких как активные тяговые шестерни локомотивов внутреннего сгорания, коленчатые валы дизельных двигателей, шатуны и прецизионные болты головки блока цилиндров.

Благодаря высокому содержанию легирующих элементов, кривая C сильно смещена вправо, поэтому при воздушном охлаждении может быть получена мартенситная организация; кроме того, температура мартенситного превращения также резко падает, поэтому науглероженный поверхностный слой после закалки сохраняет большое количество остаточного аустенита. Для того чтобы уменьшить количество остаточного аустенита после закалки, можно проводить закалку при высоких температурах перед закалкой, чтобы карбид сфероидизировался, или после закалки использовать холодную обработку.

Несколько методов термической обработки науглероженной стали:

Процесс термической обработки науглероженной стали включает подготовительную термическую обработку и процесс закалки науглероживания, из которых термическая обработка включает нормальную нормализацию, изотермическую нормализацию, нормализацию + отпуск, изотермический отжиг. Закалка науглероживанием в основном включает в себя прямую закалку с предварительным охлаждением, закалку науглероживанием после воздушного охлаждения после закалки или вторичную закалку с воздушным охлаждением, закалку науглероживанием после отпуска.

В настоящее время широко используется стандарт JB/T7516-1994 «Процесс термической обработки и контроль качества науглероживания зубчатой стали». В процессе науглероживания путем контроля содержания углерода на поверхности, карбида и остаточного аустенита в организации морфологии, распределения, градиента поверхностной твердости, а также глубины эффективного слоя науглероживания и т.д., чтобы получить лучшее качество слоя науглероживания и наименьшую деформацию, и улучшить качество зубчатых колес. Науглероживание может изменить только химический состав поверхности деталей, чтобы детали приобрели внешнюю твердость и внутреннюю вязкость, термическая обработка науглероживанием должна быть также закалена и подвергнута низкотемпературному отпуску для повышения вязкости стали и стабилизации размеров деталей. В зависимости от состава, формы и механических свойств заготовки после науглероживания часто используются следующие методы термообработки.

прямая закалка + низкотемпературный отпуск:

Детали извлекаются из печи для термообработки прямой закалкой, а затем закаливаются для получения необходимой твердости поверхности. Условий прямой закалки два: размер зерна аустенита при науглероживающей термообработке 5-6 уровней или более; слой науглероживания без явной сети и массивных карбидов. 20CrMnTi и другие стали при науглероживании в большинстве случаев подвергаются прямой закалке.

Прямая закалка с предварительным охлаждением + низкотемпературный отпуск:

Целью предварительного охлаждения является уменьшение деформации деталей, чтобы на поверхности остаточного аустенита из-за осаждения карбидов уменьшились. Предварительное охлаждение прямой закалки поверхностная твердость немного увеличилась, но зерно не изменилось, температура предварительного охлаждения должна быть выше, чем Ar3, чтобы предотвратить сердце осаждения феррита, температура слишком высока, чтобы повлиять на процесс предварительного охлаждения осаждения карбидов, количество остаточного аустенита увеличилось, но и сделать закалку деформации увеличилась.

Закалка с нагревом + низкотемпературный отпуск:

Углеродистые детали быстро охлаждаются до комнатной температуры, а затем повторно нагреваются для закалки и низкотемпературного отпуска, подходит для закалки сердца более высокой прочности и лучших требований к вязкости деталей.

Высокотемпературный отпуск + закалка + низкотемпературный отпуск:

После высокотемпературного отпуска остаточный аустенит распадается, слой проникновения углерода и легирующих элементов осаждается в виде карбидов, легко обрабатывается, в то время как остаточный аустенит уменьшается, в основном для деталей из легированной стали Cr-Ni.

Вторая закалка + низкотемпературный отпуск:

Заготовка охлаждается до комнатной температуры, затем проводится две закалки, а затем низкотемпературный отпуск. Это своего рода метод термообработки, обеспечивающий высокую производительность как сердцевины, так и поверхности, две закалки способствуют уменьшению количества остаточного аустенита на поверхности.

Вторичная закалка + обработка холодом + низкотемпературный отпуск:

Также известна как термическая обработка высоколегированной стали для уменьшения количества остаточного аустенита на поверхности, в основном используется для зубчатых колес и деталей валов.