Исследования свойств штамповой стали после термической обработки (стр. 10 из 17)

3.3.3 Строение карбидных фаз

В сталях с относительно невысоким содержанием хрома, вольфрама и молибдена карбидная фаза представлена в основном цементитом. Специальные карбиды образуются при достижении определенного соотношения между карбидообразующими элементами и углеродом. О типе карбидов в «монолегированных» составах можно приближенно судить по соответствующим диаграммам равновесия. Более сложным является вопрос прогнозирования возможного типа карбидов в комплекснолегированных сплавах, для которых, как правило, характерно одновременно присутствие частиц с различной кристаллической решеткой (М₆С, МС, М₂₃С₆ и др.).

Для определения типа карбидов, присутствующих в штамповой стали 4Х5МФ1С была применена электронная микроскопия.

С использованием электронограмм был расшифрован состав некоторых карбидов, выпавших в реплику.

Включения неправильной формы представляют собой карбид типа Ме₃С ((Cr,Fe)₃C). Хром замещает железо до 18%. Этот карбид не обладает теплостойкостью и растворяется при нагреве в интервале 950–1000^оС.

Карбиды округлой формы имеют составы, соответствующие формулам Ме₆С и VС.

В сталях, содержащих >0,5% Мо, образуется сложный карбид молибдена Ме₆С. Его состав близок формуле Fe₃Mo₃C, а при недостатке углерода – Fe₂Mo₂C. В карбиде Ме₆С часть атомов молибдена может замещаться атомами хрома и ванадия. Карбиды этих элементов близки по свойствам и растворяются при температурах 950–1250^оС.

Ванадий уже при небольшим содержании (0,1%) образует карбид VC (МеС), присутствующий наряду с цементитом. Этот карбид не растворяется в аустените.[1]

3.4 Влияние температуры закалки на глубину обезуглероженного слоя

Значительное обезуглероживание снижает твердость и износостойкость закаленной и отпущенной стали, что недопустимо для инструментальных сталей, так как сильно уменьшает срок эксплуатации инструмента.

Процесс обезуглероживания получает свое развитие при нагреве без применения эффективных защитных сред.

Развитие обезуглероживания зависит (при нагреве в одинаковой среде) от температуры нагрева и его продолжительности, а также состава стали. При относительно короткой выдержке в воздушной среде обезуглероживание уже заметно развивается при 800–850^оС и резко усиливается с повышением температуры.

Существует несколько способов оценки глубины обезуглероженного слоя. Для штамповых сталей горячего и холодного деформирования наибольшее распространение получило выявление глубины обезуглероживания травлением закаленных и отпущенных образцов. Контрольным методом обезуглероживания для всех марок является цветное травление четырехпроцентным раствором азотной кислоты в метиловом спирте отожженных образцов.

В данной работе были использованы два метода оценки обезуглероженного слоя: по изменению твердости и микротвердости по сечению образца.

Метод оценки обезуглероживания по изменению твердости по глубине обезуглероженного слоя

Слои металла с помощью шлифовки последовательно снимались с поверхности образцов, после чего измерялась твердость на приборе Роквелла. Полному удалению обезуглероженного слоя соответствовало прекращение изменения чисел твердости по глубине. Снятие слоев металла производилось с помощью шлифования; сечение образца измерялось микрометром. Толщина каждого сошлифованного слоя составляла порядка 0,02 мм. Результаты экспериментов и их статистическая обработка представлены в таблицах 14–18.

Таблица 14. Распределение твердости по глубине образца №1 из стали 4Х5МФ1С после закалки на температуру 950^оС

Расстояние от поверхности, мм	Твердость HRC						Среднее квадратичное отклонение результата Sx	Относительная ошибка ε, %
	№ измерения					Среднее значение
	1	2	3	4	5
0	42	41	42	42	43	42	0,70	2,1
0,02	40	43	41	44	42	42	1,58	4,7
0,04	46	42	44	45	43	44	1,58	4,6
0,06	46	43	43	45	44	44	1,32	3,7
0,08	43	44	44	45	44	44	0,71	2,0
0,10	44	46	45	43	45	45	1,22	3,4
0,12	45	46	45	45	44	45	0,71	1,9

Таблица 15. Распределение твердости по глубине образца №12 из стали 4Х5МФ1С после закалки на температуру 1 000^оС

Расстояние от поверхности, мм	Твердость HRC						Среднее квадратичное отклонение результата Sx	Относительная ошибка ε, %
	№ измерения					Среднее значение
	1	2	3	4	5
0	42	41	43	43	41	42	1,00	3,0
0,02	42	45	42	42	44	43	0,63	4,1
0,04	43	44	45	43	44	44	0,39	2,5
0,06	46	48	47	45	46	46	0,55	3,3
0,08	46	45	45	46	46	46	0,32	1,9
0,10	47	47	47	48	48	47	0,32	1,9
0,12	49	48	49	49	49	49	0,22	1,2
0,14	49	49	49	48	49	49	0,22	1,2

Таблица 16. Распределение твердости по глубине образца №24 из стали 4Х5МФ1С после закалки на температуру 1 050^оС

Расстояние от поверхности, мм	Твердость HRC						Среднее квадратичное отклонение результата Sx	Относительная ошибка ε, %
	№ измерения					Среднее значение
	1	2	3	4	5
0	43	43	42	43	43	43	0,50	1,4
0,02	43	45	45	43	44	44	0,45	2,8
0,04	46	44	46	45	45	45	0,39	2,4
0,06	45	45	46	46	46	46	0,32	1,9
0,08	47	48	47	47	47	47	0,22	1,3
0,10	49	47	48	47	48	48	0,39	2,3
0,12	48	49	50	49	49	49	0,32	1,8
0,14	51	51	52	51	51	51	0,22	1,2
0,16	51	52	51	50	51	51	0,32	1,7

Таблица 17. Распределение твердости по глубине образца №42 из стали 4Х5МФ1С после закалки на температуру 1 070^оС

m	Твердость HRC						Среднее квадратичное отклонение результата Sx	Относительная ошибка ε, %
	№ измерения					Среднее значение
	1	2	3	4	5
0	40	42	42	41	41	41	0,87	2,6
0,02	42	44	43	43	43	43	0,71	2,1
0,04	44	44	43	43	43	43	0,71	2,1
0,06	44	44	44	43	44	44	0,50	1,4
0,08	44	45	43	44	45	44	0,87	2,4
0,10	46	46	47	45	46	46	0,71	1,9
0,12	49	48	47	49	47	48	1,00	2,6
0,14	47	48	47	47	48	48	0,87	2,3
0,16	50	49	50	49	51	50	0,87	2,2
0,18	51	50	51	50	50	50	0,71	1,8

Таблица 18. Распределение твердости по глубине образца №59 из стали 4Х5МФ1С после закалки на температуру 1 100^оС

Расстояние от поверхности, мм	Твердость HRC						Среднее квадратичное отклонение результата Sx	Относительная ошибка ε, %
	№ измерения					Среднее значение
	1	2	3	4	5
0	44	46	45	44	45	45	0,87	2,4
0,02	47	46	45	46	46	46	0,71	1,9
0,04	48	48	46	48	47	47	1,00	2,7
0,06	47	48	48	49	48	48	0,71	1,9
0,08	50	51	50	49	50	50	0,71	1,8
0,10	50	49	50	50	49	50	0,71	1,8
0,12	51	50	50	50	51	50	0,71	1,8
0,14	52	51	51	52	52	52	0,71	1,7
0,16	54	52	54	53	53	53	0,87	2,0
0,18	53	54	54	56	55	54	1,22	2,9
0,20	54	54	55	54	54	54	0,71	1,5

Для определения зависимости степени обезуглероживания от температуры нагрева под закалку экспериментальные данные были обобщены в таблице 19.

Таблица 19. Распределение твердости HRC по глубине исследуемых образцов из стали 4Х5МФ1С в зависимости от температуры закалки

Маркировка образца	Температура закалки, оС	Расстояние от поверхности образца, мм
		0	0,02	0,04	0,06	0,08	0,10	0,12	0,14	0,16	0,18
1	950	42	42	44	44	44	45	45	45	45	45
12	1 000	42	43	44	46	46	47	49	49	49	49
24	1 050	43	44	45	46	47	48	49	51	51	51
42	1 070	41	43	43	44	44	46	48	48	50	50
59	1 100	45	46	47	48	50	50	50	52	53	54

Для удобства определения глубины обезуглероженного слоя по полученным данным (табл. 14–18) представим результаты исследования в графической форме (рис. 22).