Термическая обработка крупных поковок и отливок

12%-ная хромистая сталь с содержанием 0,1—0,2% С хорошо закаливается, при высоких температурах в этой стали образуется достаточное количество аустенита, превращающегося в мартенсит даже при охлаждении на воздухе. Эта сталь имеет хорошую прокаливаемость.

Увеличение содержания легирующего элемента переходной группы (карбидообразующего) приводит к увеличению количества структурно свободного феррита и соответствующему снижению максимальной твердости стали после закалки с температур выше Лез. Особенно заметно это проявляется в сталях, легированных такими сильными карбидообразующими элементами, как ниобий и титан. Указанные элементы образуют стойкие карбиды, нерастворимые до высоких температур, и тем самым резко снижают количество углерода, участвующего в фазовых превращениях в процессе закалки.

Однако содержание этих элементов не столь велико и твердость сталей этого класса в закаленном состоянии, как правило, в 2—3 раза выше, чем в отожженном. Последующий отпуск позволяет в широких пределах изменять прочность и пластичность этих сталей.

Для максимального растворения карбидов и, следовательно, повышения эффективности термической обработки температуру нагрева под закалку или нормализацию следует выбирать по возможности наиболее высокую. Повышение температуры закалки ограничивается опасностью сильного роста зерна в результате перегрева стали и снижения пластических свойств, в частности ударной вязкости.

Кроме того, из диаграммы состояния Fe — Сг — С следует, что в структуре 12%-ной хромистой стали, содержащей 0,1—0,2% С, при нагреве под закалку выше 1050—1150 °С можно ожидать значительное увеличение количества структурно свободного феррита за счет образования 6-феррита, что и подтверждается на практике.

У большинства сталей рассматриваемого класса верхняя критическая точка не превышает 1000 °С, поэтому температуру на-грева под закалку обычно выбирают в пределах 1020—1100°С. Продолжительность выдержки при закалке устанавливается в зависимости от размеров заготовки. В результате проведенных лабораторных опытов установлено, что даже в очень сильно легированных сталях этого класса фазовые превращения в процессе закалки заканчиваются в течение первого часа выдержки. В промышленных условиях при обработке крупных поковок сечением до 800—1000 мм длительность выдержки значительно больше (до 6 час.).

Нагрев очень крупных заготовок

продолжить нагрев до температуры закалки

Нагрев очень крупных заготовок лучше проводить вместе с печью до 750 °С со скоростью 100°С/час, выдержать при этой температуре в течение 1—3 час., а затем продолжить нагрев до температуры закалки. Крупные поковки в процессе закалки охлаждают в масле при температуре не более 50 °С.

При термической обработке крупных отливок вместо закалки применяется нормализация. Большим преимуществом 12%-ных хромистых сталей является то, что они не требуют ускоренного охлаждения в процессе нормализации.

Проведенные нами исследования кинетики распада аустенита стали 12Х11В2НМФЛ при непрерывном охлаждении показали, что эта сталь практически нечувствительна к скорости охлаждения, если она выше 250 °С/час. При охлаждении отливок на спокойном воздухе (без обдува) скорость охлаждения в интервале температур фазовых превращений, как правило, значительно выше.

Для крупных отливок (реже для крупных поковок) из 12%-ной хромистой стали перед нормализацией (для поковок перед закалкой) проводится гомогенизация (более высокотемпературная операция) для лучшего выравнивания химического состава и структуры металла.

Гомогенизацию, в частности, применяют при термической об-работке крупных роторов и отливок из стали ЭИ756. Темпера-тура гомогенизации обычно на 50 °С выше температуры закалки или нормализации. Выдержка примерно та же, что и в процессе последующей закалки или нормализации. Охлаждение — на воз-духе. Режим отпуска следует подобрать в зависимости от требуемых прочностных и пластических свойств. Температура от-пуска крупных деталей из 12%-ной хромистой стали, работающих при высокой температуре, обычно не менее чем на 100 °С превышает рабочую температуру. Для большинства случаев она находится в интервале 680—740°С.

Результаты фазового анализа

изменению количества элементов в осадке по сравнению с закаленным состоянием

Результаты фазового анализа показывают, что отпуск при температуре до 500 °С не приводит к существенному изменению количества элементов в осадке по сравнению с закаленным со-стоянием. Вольфрам и практически хром при таком низком отпуске полностью находятся в твердом растворе. При более высоком отпуске (600 °С) резко возрастает содержание хрома в осадке и в меньшей степени — молибдена и вольфрама, что указывает на интенсивное образование карбида Мв2зСб, в котором растворено небольшое количество вольфрама и железа. Дальнейшее повышение температуры отпуска способствует не-прерывному увеличению количества легирующих элементов в осадке.

Испытания на длительную прочность образцов, отпущенных при различной температуре, также указывают на не-целесообразность повышения температуры отпуска выше 740 °С.

Относительная стабильность структуры сталей этого класса достигается отпуском при указанных выше температурах в течение 3—5 час.; для крупных поковок длительность выдержки при отпуске увеличивают до 15 час. Охлаждение крупных поковок (типа роторов) и отливок рекомендуется проводить со скоростью не более 20 °С/час.