Как устранить остаточный аустенит из структуры закаленной стали? Как выполняется процесс обработки холодом?

После закалки в мартенситной структуре стали находиться остаточный аустенит, который не распался во время охлаждения и представлен в виде светлых пятен расположенных между иглами мартенсита. Присутствие остаточного аустенита в структуре отрицательно влияет на механические свойства термообработанной стали. Большое количество остаточного аустенита снижает твердость деталей, так как твердость самого аустенита всего лишь 160..200НВ (для сравнения твердость мартенсита 60-65HRC). К тому же аустенит устойчив только при температуре выше 723⁰С. При более низких температурах (например, при t=20⁰C) аустенит постепенно превращается в мартенсит. Такое превращение сопровождается изменением объёма и соответственно размеры изделия с течением времени меняются, что не допустимо, при изготовлении точного мерительного инструмента. Также стоит отметить, что повышенное количество остаточного аустенита приводит к образованию прижогов и микротрещин при шлифовании цементованных и нитроцементованных сталей (например, шлифование зубьев у зубчатых колес).

Количество превращенного в мартенсит аустенита напрямую зависит от процентного содержания углерода. Чем меньше содержания углерода в стали, тем меньше количества остаточного аустенита в закаленной структуре. К примеру, закаленные низкоуглеродистые стали содержат минимальное количество остаточного аустенита (около 2…3%), а стали с высоким содержанием углерода могут содержать его в большом количестве. Также большое количество остаточного аустенита наблюдается в термообработанных легированных сталях с высоких содержанием никеля и марганца.

С увеличением содержания углерода в стали снижается начальная температура превращения аустенита в мартенсит. К примеру, в стали с содержанием углерода около 0,5% аустенит начинает превращаться в мартенсит при температуре около 300⁰С, а в стали с содержанием углерода около 1% аустенит начинает превращаться в мартенсит уже при температуре 200⁰С. При этом снижается и конечная температура, при которой весь аустенит превращается в мартенсит. В сталях с содержанием углерода более 0,5%, конечная точка мартенситного превращения снижается в область отрицательных температур (см. рис.1). Так как закалка обычно выполняется в средах имеющих комнатную температуру t=20⁰С (вода, масло), то остаточный аустенит не успевает превратиться полностью и остается в структуре.

Очевидно, что для полного превращения остаточного аустенита в мартенсит необходимо произвести охлаждение детали после закалки до нужной отрицательной температуры. На практике такое охлаждение деталей называют обработкой холодом или криогенной обработкой.