Технологии термической обработки металлов

Обработка холодом стальных деталей

Обработка холодом стальных деталей

Что такое обработка стали холодом или криогенная обработка, как она влияет на свойства металла, как применить ее в условиях промышленного производства  - это, пожалуй, самые часто задаваемые вопросы от наших читателей в соцсетях.

Для того, чтобы расставить все точки над i в этом вопросе, обратимся к основам теории ТОМ:

Необходимость обработки стали холодом возникает из-за того, что точка Мк для большинства сталей лежит ниже комнатных температур. Поэтому аустенит не всегда может полностью превратиться в мартенсит при закалке. Обработка холодом при -80 - -120⁰С позволяет более полно провести фазовое превращение А-М. При этом наблюдается повышение твердости стали на 0,5 - 4HRC и некоторое дополнительное изменение геометрии деталей. Эта закономерность справедлива для большинства сталей.

Но во всех ли случаях упрочняющей термообработки необходимо делать криогенную обработку деталей? Давайте сначала определим случаи, где обработка холодом целесообразна:

  1. Для мерительного инструмента и деталей из конструкционных сталей, для которых важна размерная стабильность (стабильность геометрических размеров). Если для таких сталей в процессе эксплуатации будут созданы условия для прохождения более полного мартенситного превращения, то это приведет к изменению геометрии изделия

  2. Для изделий, у которых достижение требований КД без обработки холодом невозможно.

  3. Для изделий, которые работают в условиях пониженных температур. Низкие температуры могут привести к более полному превращению аустенита в мартенсит, что приведет к повышению твердости и напряжений в металле. При этом вероятность трещинообразования сильно возрастает. Обработка таких сталей холодом и последующее доведение механических свойств до требований КД отпуском, может снять данную проблему.

  4. Для дополнительного повышения твердости кобальтовых быстрорежущих сталей с повышенным содержанием углерода. За счет бездиффузионного образования высокоуглеродистого мартенсита твердость возрастает до максимального предела: с 69,5 до 70 - 70,5 HRC (Геллер Ю.А. Инструментальные стали, 1983 г.)

Явление стабилизации аустенита

Из всего перечисленного можно сделать вывод, что область сталей, подходящих для обработки холодом, очень ограниченна. Ещё более сильно ограничивает ее применение некоторые моменты механизма фазового превращения и его последствия. Как мы уже упоминали, при обработке холодом увеличиваются внутренние напряжения в металле. Это может привести к образованию трещин в обрабатываемых деталях. Для предотвращения такого последствия данной технологии можно сделать промежуточный отпуск, который снизит напряжения в том, первом мартенсите, который образовался при закалке. Но при этом возможно проявление такого явления, как стабилизация аустенита, при котором в металле происходят процессы, которые снижают процент превращения остаточного аустенита в мартенсит при последующей обработке холодом. Описание данного явления есть в книгах Лахтина, Геллера и у многих других авторов книг по металловедению, но нигде не встречается детальное описание кинетики этого явления. Даже 20-30 минут нахождения закаленной стали при комнатной температуре, может привести к стабилизации аустенита и количественному снижению его превращения в мартенсит при последующей обработке холодом.

Из книги Ю.А. Геллера Инструментальные стали:

“Выдержка закаленной стали выше 0⁰С более 15 мин. или ее нагрев до 150-175⁰С перед дальнейшим охлаждением вызывает стабилизацию аустенита; В этом случае уменьшается количество превращающего аустенита, а следовательно, и прирост твердости при охлаждении ниже 0⁰С”

Именно по этой причине, обработку холодом следует делать непосредственно после закалки. Но и в этом случае в стали останется некоторое количество остаточного аустенита. Для его уменьшения можно сделать повторную обработку холодом, но это также не даст полного превращения, как и третья и четвертая обработка. Интенсивность и количественное превращение аустенита при каждой последующей обработке холодом будет снижаться. Обработку холодом закаленной или отпущенной стали можно сделать и через несколько суток или месяцев, что даст прирост твердости, но мизерный. Ниже представлена очень полезная таблица с содержанием остаточного аустенита после обработки холодом.

Таблица - Прирост твердости после обработки холодом

Из практических наблюдений:

Время до стабилизации аустенита и степень этой стабилизации зависит в большей мере от напряжений в металле, возникающих при закалке. Эти напряжения в свою очередь зависят от содержания углерода, легирующих элементов в стали и скорости охлаждения при закалке.

Закончить статью хотелось бы ответом на самый популярный вопрос от наших читателей: выгодно или не выгодно применять обработку холодом для сталей и повысит ли это прочность? Однозначно выгодно, если это прописано в требованиях чертежа. Как правило, в КД ставятся требования по твердости, параметру, который легче всего измерить, и с которым остальные механические характеристики находятся в корреляции. При этом нужно помнить, что повышая прочность и твердость, понижаются пластичность и вязкость, что сильно снижает длительную работоспособность большинства изделий.


Нажмите, чтобы прокомментировать

Вы можете сказать по этому поводу все что думаете

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

To Top