От температуры закалки

Доэвтектоидные стали. Примером является сталь 50Г (рис. 2.49). Закалка вызывает увеличение эффективной магнитной анизотропии, что обусловлено тетрагональностью решетки мартенсита и повышением уровня микронапряжений. Появление в стали мартенситной структуры (для стали 50Г - при >770⁰С) приводит к расширению петель магнитного гистерезиса (коэрцитивная сила возрастает более чем в 2 раза). Снижение в интервале температур 750 - 800^оС связано с появлением в структуре закаленной стали остаточного аустенита. В результате закалки на мартенсит снижается остаточная магнитная индукция. Потери энергии на перемагничивание в целом растут. Удельное электросопротивление с повышением температуры закалки до 800 - 850^оС растет в связи с увеличением содержания углерода в пересыщенном твердом растворе и появлением некоторого количества остаточного аустенита.

Рост температуры закалки доэвтектоидных углеродистых сталей выше температуры не приводит к изменению прочностных, магнитных и электрических свойств стали. Это связано с тем, что при таких температурах закалки практически весь углерод переходит в твердый раствор, параметры решетки мартенсита стабилизируются, внутренние микронапряжения и плотность дислокаций достигают максимальной величины.

Наиболее характерным видом брака при закалке доэвтектоидных сталей является “недогрев”, при котором закалка производится с температуры ниже и в стали после охлаждения не образуется или образуется не во всем объеме мартенситная структура. Причинами такого брака могут быть недостаточный нагрев изделий в закалочной печи или слишком медленное перемещение изделий из печи в ванну с охлаждающей средой. “Недогрев” обычно выявляют по пониженным значениям коэрцитивной силы.

Эвтектоидные и заэвтектоидные стали имеют общие закономерности изменения магнитных и электрических свойств от температуры закалки с доэвтектоидными сталями. Однако в области температур перегрева при закалке заэвтектоидные стали имеют свои особенности.

Для примера рассмотрим сталь ШХ15, имеющую около одного процента углерода (рис. 2.50).

Рис. 2.50. Зависимость твердости и магнитных свойств стали ШХ15

от температуры закалки

Рост твердости и коэрцитивной силы в интервале температур закалки 700 - 800 ^оС обусловлен теми же причинами, что и у доэвтектоидных сталей. Однако “перегрев”, т.е. существенное превышение при закалке температуры приводит к снижению коэрцитивной силы и дополнительному снижению намагниченности насыщения. Одновременно может наблюдаться некоторое уменьшение твердости. Такое изменение свойств обусловлено появлением в структуре закаленной стали значительного количества остаточного аустенита.

Большое содержание остаточного аустенита в стали является нежелательным, поскольку он может распадаться при комнатных температурах превращаясь в мартенсит. Плотность мартенсита меньше, чем плотность аустенита и в результате указанного превращения в металле возникают дополнительные высокие растягивающие напряжения, которые могут вызвать разрушение (растрескивание) изделий.

Таким образом, для закаленных эвтектоидных и заэвтектоидных сталей необходимо выявлять как “недогрев”, так и “перегрев” при закалке. В этом случае необходимо использовать двухпараметровый контроль: “недогреву” при закалке соответствуют низкие значения коэрцитивной силы и высокие значения намагниченности насыщения, а “перегреву” – низкие значения и низкие значения.

Рис. 2.51. Зависимость твердости и магнитных свойств стали 30Х13

от температуры закалки

Высоколегированные стали, примером которых является сталь 30Х13 (см. рис. 2.51), содержащая 0,3 % углерода и 13 % хрома, имеют свои особенности в поведении прочностных и магнитных свойств при вариации температуры закалки. Повышение температуры закалки выше вызывает продолжающийся рост твердости, связанный с повышением степени дисперсности (т.е. с уменьшением среднего размера частиц) карбидов хрома, что увеличивает число препятствий для смещения дислокаций и упрочняет материал. Коэрцитивная сила меняется аналогично твердости и, как правило, может быть использована для контроля закалки высоколегированных сталей. Повышенное содержание остаточного аустенита в таких сталях может быть обнаружено по снижению намагниченности насыщения.

Контроль качества отпуска. Стали различного химического состава могут иметь очень большое число особенностей в поведении прочностных и магнитных свойств при вариации температур отпуска. В научной литературе приводятся разнообразные классификации сталей по различным наборам признаков. Кроме того, ведутся работы по статистической обработке и выявлению взаимосвязей магнитных параметров контроля и химического состава закаленных и отпущенных сталей. Тем не менее, учитывая наиболее общие закономерности изменения свойств и возможности контроля качества отпуска, стали можно также разбить на три группы:

- низкоуглеродистые низколегированные стали (с содержанием углерода менее 0,3 %);

- средне и высокоуглеродистые низколегированные стали (с содержанием углерода 0,3 и более процентов);

- высоколегированные стали.

На рис. 2.52 приведены зависимости свойств низкоуглеродистой стали 09Г2 от температуры отпуска. Видно, что и твердость и коэрцитивная сила монотонно падают практически во всем диапазоне изменения температур отпуска. Наличие корреляции между этими величинами позволяет с успехом использовать коэрцитиметрические методы контроля качества отпуска низкоуглеродистых низколегированных сталей.

Как видно из рис. 2.53 и 2.54 для сталей с содержанием углерода 0,3 и более процентов характерно существенное монотонное снижение коэрцитивной силы до ~ (250-300)⁰С, что делает возможным коэрцитиметрический контроль низкотемпературного отпуска.

При дальнейшем увеличении коэрцитивная сила сталей этой группы меняется слабо (рис. 2.53) или даже неоднозначно (рис. 2.54). Это означает, что контроль прочностных свойств этих сталей после средне и

Рис. 2.52. Зависимость твердости и магнитных свойств стали 09Г2

от температуры отпуска

Рис. 2.53. Зависимость твердости и магнитных свойств стали 50Г

от температуры отпуска

высокотемпературного отпуска по коэрцитивной силе невозможен. Использование в качестве параметра контроля величины также невозможно из-за ее слабого изменения и технических трудностей измерения этой величины на реальных изделиях.

Рис. 2.54. Зависимость твердости и магнитных свойств стали ШХ15

от температуры отпуска

Рис. 2.55. Фрагмент нисходящей ветви петли гистерезиса

Исследования последних лет показали, что достаточно универсальными параметрами контроля качества средне- и высокотемпературного отпуска сталей этой группы могут служить две схожих по физической природе магнитных характеристики вещества: намагниченность материала в поле релаксационной коэрцитивной силы (релаксационная намагниченность) и остаточная намагниченность, полученная после отключения поля коэрцитивной силы(намагниченность коэрцитивного возврата). Рис. 2.55 поясняет приведенные определения.

На рисунках 2.53 и 2.54 приведены зависимости более удобной для измерений намагниченности коэрцитивного возврата от температуры отпуска. Видно, что намагниченность коэрцитивного возвратамонотонно уменьшается в 1,52 раза в диапазоне температур отпуска от (250-300)⁰С до (650-700) ⁰С и может быть использована в качестве параметра для косвенного определения твердости сталей после закалки и последующего средне или высокотемпературного отпуска.

Как видно на примере высоколегированной стали 30Х13 (рис. 2.56) уменьшение твердости при высоких температурах отпуска также может быть определено по величине намагниченности .

Для контроля качества отпуска закаленных сталей во всем диапазоне температур следует использовать многопараметровый контроль. Например, для сталей 50Г и ШХ15 (рис. 2.53 и 2.54) - двухпараметровый с использованием в качестве параметров величин (контроль низкотемпературного отпуска) и(средне и высокотемпературный отпуск).

Рис. 2.56. Зависимость твердости и магнитных свойств стали 30Х13