Оказывается, далеко не все стальные детали можно закаливать. Существует стереотипное мнение, что раскали буквально любую железяку до красного каления, опусти её в воду и получишь гарантированное упрочнение.
На самом же деле, процесс упрочнения детали с помощью закалки гораздо более интересен и многогранен, чем это кажется на первый взгляд. Существует огромное количество особенностей, о которых знают далеко не все. И одну из них мы сейчас разберем.
Речь пойдет про невозможность закаливания сталей, содержащих в составе углерода меньше, чем 0,3%. Точнее как..."Невозможность" тут слово явно лишнее. Закалка-то произойдёт в той или иной форме, но не совсем оно нам подходит и упрочнения не будет.
Немножко основных знаний
Мы помним, что закалкой называется процесс упрочнения материала, который заключается в нагреве образца до критической температуры и его последующего охлаждения с установленной скоростью.
Недавно мы рассматривали, как это работает и что именно происходит в образце. Мы выяснили, что в результате закалки в железке может происходить перестроение одной решетки в другую (закалка с полиморфным превращением), а может просто фиксироваться имеющаяся структура (закалка без фазового превращения, но со старением).
В случае, когда полиморфное превращение происходит, упрочнение достигается за счёт формирование особенной напряженной структуры в образце. Углерод при резком охлаждении начинает ерзать по внутреннему пространству и формирует мартенсит. Это как уменьшать клетку, в которой сидит кошка. Процесс тут бездиффузионный, т.е. скорость его огромная.
Во втором случае упрочняющим фактором является или выделение дополнительной фазы, которая в результате распадётся диффузионным путем, или старение, которое, в общем-то, имеет тот же смысл.
Условия формирования упрочнений
Остановимся сейчас именно на закалке с превращением, которая свойственна для сталей. Из сказанного выше следует, что для появления упрочнения при проведении закалки нужно организовать следующие факторы:
- В стали должен быть углерод, причем достаточное количество
- Нужно соблюдать такую скорость закалки, чтобы клетка сжималась раньше, чем оттуда успеет вылезти кошка. Мы помним, что кошка=углерод, а клетка=структура стали
- Нужно, чтобы образовавшееся упрочнение не портилось от естественных диффузионных процессов
Давайте посмотрим, почему не получится закаливать стали, если углерода в них меньше 0,3%.
Углерод в них, вроде бы, есть. Понятно, что чистое железо не закалится, потому что будь в нём хоть тысяча перестроений решетки, не будет углерода внутри, который организует пересыщенный твёрдый раствор внедрения. Значит, если есть хоть сколько то углерода, то сталь должна закаливаться по стандартному механизму.
Но есть тут одно но! Углерода слишком мало. Даже если и удастся прижать его решеткой, которую он потом будет упрочнять изнутри, нужно делать это быстро. Примерно как ловить таракана тапочком. И тут вылезает проблема более значимая.
Невозможно на практике организовать такую охлаждающую среду, которая позволит стали охлаждаться со скоростью, быстрее критической.
Если углерода меньше, то нам нужно имеющиеся атомы углерода, успеть прижучить превращением решетки. Но превращение должно быть очень быстрым, что не позволит углероду свободно перемещаться в следствие диффузионных процессов.
Если взять стали, в которых углерода содержится 0,3% и меньше, то тут мы и встречаемся лицом к лицу с этой проблемой. В теории их возможно закалить, потому что превращение решетки происходит. Но вот углерод не образует перенасыщенный твёрдый раствор, потому что его мало и потому что охладить так быстро железяку стандартными способами физически невозможно (не рассматриваем всякие бустеры типа жидкого азота).
Когда образец тонюсенький, в нем успевает образоваться нужная структура и процесс протекает. Но рабочие образцы даже толщиной с пруток, уже не успевает охлаждаться достаточно быстро для мартенситного превращения.
Поэтому аустенит при охлаждении частично или полностью будет распадаться на ферритоцементитную смесь, которая практически соответствует по механическим свойствам исходной структуре.
Выходит, что далеко не каждую сталь можно закаливать.
------------
Обязательно оцените статью лайком, напишите комментарий и подпишитесь на проект! Это очень важно для развития канала.
-------------
Советую также прочитать на нашем канале:
-----