Преимущества методики обработки стали холодом

При производстве закаленной стали из высокоуглеродистых сплавов металлурги нередко сталкиваются с проблемой остаточных аустенитов (особая структурная составляющая углеродистых и легированных сталей и чугунов), наличие которых в разы уменьшает прочность и износостойкость материала. Для придания необходимой внутренней структуры стали требуется достичь точки образования мартенситов (микроструктура игольчатого вида, наблюдаемая в закаленных металлических сплавах), для чего непосредственно после закалки сталь охлаждают до очень низких температур. Специфика данного процесса заключается в том, что охлаждение должно быть мгновенным, иначе получиться материал с принципиально иными, неудовлетворительными свойствами.

Для большинства видов сплавов точка образования мартенситов находится в диапазоне от -70 ºC до -100 ºC, поэтому в процессе создания качественной закаленной стали используется охлаждающее оборудование. Однако ни зимняя одежда, ни прочее специальное снаряжение, рабочим, как правило, не требуется – процесс охлаждения происходит очень быстро, а в качестве хладагента обычно используется сухой лед с температурой -80 ºC. Подобной обработке подвергается материал с повышенным содержанием углерода, порядка 0,4...0,5 % С, для того, чтобы упорядочить его внутреннюю структуру в соответствии с нормативами.

При нагреве атомы углерода имеют тенденцию проникать в молекулы железа и замещать находящиеся там исходные атомы, тем самым образуя своеобразный углеродно-железный раствор. Это не стабильное образование, а всего лишь переходная фаза, которая в зависимости от дальнейшей обработки трансформируется в какой либо вид стандартной микроструктуры. Для закаленных сталей таковым является мартенсит – перенасыщенный углеродом сплав, в котором присутствует очень прочная кристаллическая решетка из характерных игольчатых или пластинчатых образований. Проблема его получения заключается в том, что температура базового аустенита составляет от 900 до 1400 ºC, но в зависимости от типа и объема примесей может колебаться в очень широком диапазоне, вплоть до обычной комнатной температуры.

Если процесс охлаждения стали после процедуры закалки происходит постепенно, то наблюдается явление диффузного смещения атомов углерода и железа. Они сравнительно медленно изменяют свое положение и формируют структуру кристаллической решетки феррита, а затем и окончательный перлитово-ферритовый вариант, который отличается несравнимо более низкой прочностью, нежели требуемый мартенсит. Для получения же мартенсита необходимо бездиффузное, то есть мгновенное смещение атомов, при котором скорость их движения может составлять около 1000 м/с. Достичь этого можно лишь очень быстрым охлаждением материала – чем быстрее оно происходит, тем меньше остаточных аустенитов окажется в итоговой структуре. Таким методом изготавливают материал для подшипников, измерительных инструментов, точного оборудования и т.д.