Термическая обработка стали
Механические свойства стали в значительной мере зависят от ее структуры. Чтобы придать стали нужную структуру, ее подвергают термической обработке, т. е. нагреванию и охлаждению в определенных условиях. Важнейшими видами термической обработки являются закалка и отпуск.
Закалка стали заключается в нагревании ее до высокой температуры и последующем быстром охлаждении. В результате такого процесса сталь становится очень твердой, но зато и хрупкой. Если закаленную сталь снова нагреть до определенной температуры, а затем медленно охлаждать, то она «отпускается», т. е. делается более мягкой, теряя в то же время и свою хрупкость. В зависимости от температуры, до которой нагревается закаленная сталь, можно получить нужную степень ее твердости.
Явление закаливания объясняется следующим образом. При затвердевании расплавленной стали содержащийся в ней в виде цементита углерод может образовывать с железом твердый раствор, называемый аустенитом и отличающийся очень большой твердостью. Аустенит вполне устойчив лишь при высокой температуре; но его можно более или менее полно сохранить и при низкой температуре путем быстрого охлаждения накаленной стали. При медленном охлаждении стали аустенит постепенно разлагается на цементит и железо, и сталь становится мягкой.
Во многих случаях требования, предъявляемые к поверхностным слоям стальных деталей (валы, шестерни и т. п.) и к остальной массе металла, из которого состоит данная деталь, весьма различны. Так, например, автомобильная ось должна иметь твердую поверхность, хорошо сопротивляющуюся истиранию, и в то же время не быть хрупкой, т. е. обладать известной упругостью во избежание поломок при толчках. Чтобы придать детали нужные свойства, ее готовят из мягкой, вязкой, бедной углеродом стали, а затем насыщают поверхность стали углеродом. Это делается путем нагревания готового изделия в атмосфере окиси углерода или в ящиках, наполненных углем.
Процесс насыщения поверхности стали углеродом носит название цементации. В результате цементации поверхностный слой стали глубиной 0,5—2 мм приобретает большую твер-дость и прочность, тогда как остальная масса стали остается вязкой и упругой.
Аналогичных результатов можно достигнуть путем азотирования стали, т. е. насыщения ее поверхности азотом. Для этого сталь подвергают длительному нагреванию в атмосфере аммиака при 500—600°. Азотированная сталь обладает еще большей твердостью, чем цементированная, вследствие образования в поверхностном слое нитридов железа. Она выдерживает нагревание до 500°, не теряя своей твердости.
Родоначальником учения об изменениях структуры сталей является русский металлург Дмитрий Константинович Чернов (1839—1921). Изучая свойства стали, подвергавшейся нагреванию до различных температур, Д. К. Чернов впервые установил, ,что при определенных температурах сталь претерпевает особые превращения, изменяющие ее строение и свойства. Эти «критические температуры», характеризующиеся внутренними превращениями в стали, известны теперь во всех странах мира под названием «точек Чернова». Одна из этих точек, названная Д. К- Черновым точкой а, замечательна тем, что сталь, будучи нагрета ниже этой точки (около 700°), не принимает закалки, как бы быстро ее ни охлаждали. Другая точка вхарактеризуется тем, что как только температура стали повысится до нее (800— 850°), сталь быстро переходит из крупнокристаллического состояния в мелкокристаллическое, при котором она обладает наилучшими механическими свойствами. Если продолжать повышение температуры, то кристаллы металла снова начинают увеличиваться в размерах, и чем выше температура, тем быстрее они растут.
Открытие критических точек стали имело выдающееся значение для теории и практики металлургии. Объясняя явления отпуска и закалки стали и изменения структуры стали при нагревании, оно дало возможность точно определить температуру закалки и устанавливать условия ковки и других видов обработки стали, при которых достигается улучшение ее механических свойств.
Вы читаете, статья на тему Термическая обработка стали