Сдам Сам

ПОЛЕЗНОЕ


КАТЕГОРИИ







ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ





Режим термической обработки. Термическая обработка заключается в температурном воздействии нагрева и охлаждения на сталь для изменения внутреннего ее строения и получения необходимых свойств. Эту обработку можно изобразить графически в координатах температура Т - время t (рис. 14). Левый луч графика обозначает нагрев стали до заданной температуры, горизонтальный участок - время выдержки tв при ней и правый луч – охлаждение со скоростью, зависящей от вида термической обработки.

Температуру нагрева стали под термическую обработку выбирают в зависимости от ее химического состава и положения ее критических точек, в определяемых на диаграмме состояния железоуглеродистых сплавов (см. рис. 7). В сталях различают следующие критические точки: А при температуре 217 °С, соответствующие магнитному превращению в цементите; А1 – на линии эвтектоидного превращения при температуре 727 °С; Α2 при температуре 768 °С, соответствующей магнитному превращению в железе; А3 при переменных температурах по линиям GS и SE (точки А3 на линии SE обозначают Аст). При рассмотрении процесса охлаждения к обозначению точек А добавляется индекс "r " (Аr), процесса нагрева – "с" (Ас).

 

Рис. 14. График режима простой термической обработки:

t H– время нагрева; tв – время выдержки; tO – время охлаждения; tmax - температура нагрева; νист – истинная скорость охлаждения в данной точке (VИСТ = dT/dt)

Температура нагрева зависит также и от вида термической обработки. Время выдержки при данной температуре нагрева выбирают в зависимости от размера обрабатываемой детали и эффективности нагревающей среды. Его назначают около 1,5–2 мин на 1 мм сечения изделия. Скорость охлаждения зависит от вида термической обработки, исходя из необходимости получения заданных свойств.

Превращения в стали при нагреве. При нагреве стали выше критической эвтектоидной точки Ас1 происходит образование аустенита. Превращение происходит при некотором перегреве в интервале температур. В перлите, на границе раздела фаз феррита и цементита, зарождаются и растут зерна аустенита за счет растворения в них цементита. Этот процесс зарождения новых зерен и их роста происходит до полного замещения зернами аустенита зерен перлита. Процесс превращения происходит диффузионным путем, т.е. путем перемещения атомов углерода при нагреве. Атомы железа при этом перестраиваются из, кристаллической решетки ОЦК в решетку ГЦК аустенита. Завершение процесса образования аустенита происходит при некотором перегреве выше Ac1. Образовавшиеся зерна аустенита при дальнейшем их нагреве выше точки Ас1 растут. Их размер будет тем больше, чем выше температура нагрева.

При последующем охлаждении с высоких температур из крупнозернистого аустенита образуется более грубозернистая структура, чем из мелкозернистого. Поэтому выбор температуры нагрева при термической обработке ограничивают определенными интервалами. Причем склонность к росту зерна у разных сталей различная. Стали, раскисленные в процессе выплавки только марганцем и кремнием, склонны к росту зерна с повышением температуры. Их называют наследственно крупнозернистыми. Стали, раскисленные дополнительно алюминием в процессе их выплавки, не обладают склонностью к росту зерна, и их называют наследственно мелкозернистыми.

Перлитное превращение при охлаждении аустенита. В процессе охлаждения стали в аустенитном состоянии (из области высоких температур) превращение аустенита происходит только после его переохлаждения ниже эвтектоидной температуры Аr1 – 727 °С. Это объясняется изменением свободной энергии фаз и структур сплавов при нагреве и охлаждении. При низких температурах меньшим запасом свободной энергии обладает перлит (Fn) по сравнению с аустенитом (FA), поэтому при переохлаждении стали аустенит превращается в пластинчатый перлит: А → П = Ф + Ц (ферригно-цементитную смесь). Рассмотрим процессы, когда каждый образец стали, после нагрева до аустенитного состояния, быстро переносят в ванну с определенной температурой, соответствующей заданной степени переохлаждения ниже точки Ar1 где и выдерживают их до завершения превращения, т.е. превращение аустенита протекает изотермически (при постоянной температуре).

Чем больше степень переохлаждения аустенита, тем мельче образуемая из него ферритно-цементитная смесь. Полученные перлитные структуры называют по-разному. При малых степенях переохлаждения аустенита в интервале температур 727–650 ° С полученную структуру называют перлитом: А → П. При большей степени переохлаждения в интервале температур 650-600 °С полученную структуру после превращения аустенита называют сорбитом С (более мелкая, чем перлит, пластинчатая ферритно-цементитная смесь): А → С. При еще больших степенях переохлаждения в интервале температур 600-500 °С полученную структуру называют троститом Т (более тонкопластинчатая ферритно-цементитная смесь по сравнению с сорбитом): А → Т.

Превращение аустенита в перлитные структуры (Ф + Ц) протекает в интервале температур, т.е. наблюдается начало и конец превращения: A → T.

Образование различных структур при разных степенях переохлаждения аустенита наглядно иллюстрирует диаграмма изотермического превращения (распада) аустенита, построенная по экспериментальным данным в координатах температура Т – время t (рис. 15). Прямая А1 соответствует температуре 727 ° С (нижняя критическая точка стали). При каждой температуре изотермического превращения аустенита на диаграмму наносят точки начала (a1 - а6) и конца (b1 – b6) превращения аустенита. Затем точки начала распада аустенита соединяют одной линией (левая линия), а точки конца распада аустенита - другой линией (правая линия). Такая диаграмма изотермического распада аустенита носит название С -кривой. Между осью температур и линией начала распада аустенита наблюдается область, в которой аустенит еще не распадается (инкубационный период). Образующиеся при распаде аустенита перлитные структуры (перлит, сорбит, тростит) находятся в интервале температур до изгиба С -кривой. Между линиями начала и конца распада аустенита С -кривой структура стали состоит из аустенита и соответствующих перлитных структур. Для до- и заэвтектоидной стали у верхней части С -кривой на диаграмме изотермического превращения аустенита имеются соответственно линия предварительного выделения феррита и линия предварительного выделения вторичного цементита.

 

Рис. 15. Диаграмма изотермического превращения аустенита для эвтектоидной стали

 


Рис. 16. Наложение из диаграмму изотермического превращения аустенита кривых непрерывного охлаждения:
(a1 - a3, и b1 - b3, см. рис. 15)

 

Мартенситное превращение аустенита. При очень больших степенях переохлаждения в интервале температур 700-250 °С распада аустенита на перлитные структуры (Φ + Ц) не происходит. В условиях такого резкого переохлаждения диффузия атомов углерода не протекает. Успевают лишь атомы железа перестроиться из кристаллической решетки аустенита ГЦК в кристаллическую решетку феррита ОЦК, а углерод, растворенный в аустените, остается в новой решетке, что приводит к сильному ее искажению, и кристаллическая решетка получается тетрагональной — вытянутый куб (см. рис. 8, в). Структура закаленной стали называется мартенситом. Мартенсит — пересыщенный твердый раствор углерода в железе Fеα. Его микроструктура имеет игольчатый вид. Он обладает очень высокой прочностью, твердостью НВ 600 (по Бринеллю) и практически нулевой пластичностью и вязкостью.

Мартенситное превращение протекает в интервале температур: существует начало М H и конец М К мартенситного превращения (см. рис. 15). Чем больше в стали углерода, тем при более низких температурах будет происходить превращение аустенита в мартенсит (A → М), тем ниже температура точек М H и М К. Например, при 0,6%-ном содержании углерода в стали мартенситное превращение заканчивается при температурах ниже нуля. Это значит, что для получения полного превращения А → М необходимо охлаждать сталь до отрицательных температур, (ниже 0).

Обычно для высокоуглеродистых сталей в условиях резкого их переохлаждения полного превращения аустенита в мартенсит не происходит, всегда остается часть непревращенного аустенита, называемого остаточным аустенитом. Чем больше сталь содержит углерода, тем больше в ее микроструктуре будет наблюдаться остаточного аустенита. Образование мартенсита сопровождается увеличением его объема и напряженного состояния кристаллической решетки и структуры. Структуры распада аустенита располагаются по возрастанию объема в следующем порядке: аустенит, перлит, сорбит, тростит, мартенсит.

Бейнитное превращение аустенита. При переохлаждении до температур 500-250 °С, расположенных ниже изгиба С -кривой (см. рис. 15), аустенит превращается в бейнит – промежуточную структуру, образование которой характеризуется сочетанием диффузионного перлитного (А → П) и бездиффузионного мартенситного (А → М) видов превращения в отдельных участках переохлажденного аустенита. Это происходит в результате перераспределения углерода в таких участках. В зависимости от температуры изотермического превращения различают верхний и нижний бейнит. Верхний бейнит образуется при более высоких температурах, имеет перистое строение, напоминающее перлит, его твердость НВ 350; нижний бейнит имеет игольчатое строение, похожее на строение мартенсита, его твердость НВ 450. В отличие от мартенсита бейнит наряду с несколько меньшей твердостью и прочностью обладает повышенной вязкостью.

Превращение аустенита при непрерывном охлаждении. Термическую обработку стали проводят после нагрева до соответствующей температуры при непрерывном охлаждении. Кривые охлаждения строят в координатах температура Т – время t, поэтому их можно нанести на диаграмму изотермического превращения аустенита (рис. 16). Верхняя кривая охлаждения v1 пересекает С -кривую в области распада аустенита при высоких температурах, соответствующих небольшому переохлаждению. Значит, при охлаждении стали с медленной непрерывной скоростью аустенит будет распадаться на перлит П, как и при изотермическом превращении, с небольшим переохлаждением. При увеличении скорости охлаждения (кривые v2 и v3) аустенит будет превращаться в сорбит С и тростит Т соответственно, так как эти кривые v2 и v3 пересекают С -кривую при более низких температурах и более высоких степенях переохлаждения. При охлаждении стали с большой скоростью (кривая охлаждения ν к касается изгиба С -кривой) превращения аустенита в перлитные пластинчатые структуры (Φ + Ц) не происходит (нет пересечения С -кривой). Аустенит переохлаждается до температуры начала мартенситного превращения МH и превращается в мартенсит М. Эта минимальная скорость охлаждения стали, необходимая для переохлаждения аустенита до мартенситного превращения, называется критической скоростью охлаждения. При охлаждении стали, со скоростью, несколько меньшей критической, происходит частичное превращение аустенита в перлитную структуру – тростит (частичное пересечение кривой v4 с С -кривой). Далее сильно переохлажденный аустенит превращается в мартенсит. Образовавшаяся структура после охлаждения будет состоять из тростита и мартенсита (тростомартенсит).

Бейнитную структуру можно получить у стали, если после нагрева ее переохладить ниже изгиба С -кривой и выдержать при этой температуре до полного распада аустенита (А → Б).

Охлаждение стали с любой скоростью, превышающей критическую, приводит к превращению аустенита в мартенсит (например, кривая vs), называемому закалкой. Если сталь содержит большое количество углерода (0,6 % и более), то кроме мартенсита в структуре стали будет наблюдаться остаточный аустенит Аост.

Более наглядное представление о превращении аустенита при непрерывном охлаждении стали дают диаграммы анизотермического превращения аустенита (рис. 17). Их строят на основании наблюдения за процессом непрерывного охлаждения стали с различными скоростями после нагрева до соответствующих температур, превышающих критические точки. Точки начала и конца превращения в стали при каждой скорости охлаждения наносят на кривые охлаждения, построенные в координатах температура Т – время t. Интервалы одинаковых превращений объединяют в области перлитного (перлит, сорбит, тростит) и мартенситного превращения аустенита.

Превращения мартенсита и остаточного аустенита при нагреве. Мартенситная структура закалки стали неустойчива и сильно напряжена. При последующем нагреве мартенситной структуры стали наблюдаются следующие ее превращения.

При нагреве до температуры 100–200 °С происходят процессы, способствующие выделению углерода из мартенсита. Снимаются внутренние напряжения в стали, уменьшается тетрагональность кристаллической решетки. Она становится почти кубической. Прочность и пластичность практически не изменяются. Такую структуру стали называют "отпущенный мартенсит" (первое превращение).

Нагрев при температуре 200–300 °С приводит к распаду мартенсита с выделением углерода.

В высокоуглеродистых сталях, в которых кроме мартенсита присутствует аустенит Aост, происходит его превращение в отпущенный мартенсит Aост → М. Это сопровождается повышением прочности и твердости стали (второе превращение).

 

Рис. 17. Анизотермическая диаграмма превращения аустенига (схема)
VК – критическая скорость охлаждения стали (закалка)

Рис. 18. График зависимости механических свойств стали от температуры отпуска Tотп: KCU – ударная вязкость; НВ – твердость по Бринеллю; ψ– относительное поперечное сужение; σ– относительное удлинение; σв – временное сопротивление; σ0,2 – предел текучести

 

 

Нагрев при температуре 300-400 °С приводит к полному распаду мартенсита на мелкозернистую смесь феррита и цементита – тростит (третье превращение).

При более высокой температуре нагрева 400–650 °С происходит укрупнение (коагуляция) и округление (сфероидизация) зерен феррита и цементита. Такая более крупная зернистая смесь феррита и цементита называется сорбитом (четвертое превращение).

С увеличением температуры нагрева до 300–650 °С изменяются механические свойства стали (рис. 18): уменьшаются прочность и твердость, повышаются пластичность и вязкость стали. Термическая обработка, заключающаяся в последующем нагревании закаленной стали с мартенситной структурой, называется отпуском.







Система охраняемых территорий в США Изучение особо охраняемых природных территорий(ООПТ) США представляет особый интерес по многим причинам...

ЧТО ПРОИСХОДИТ ВО ВЗРОСЛОЙ ЖИЗНИ? Если вы все еще «неправильно» связаны с матерью, вы избегаете отделения и независимого взрослого существования...

ЧТО И КАК ПИСАЛИ О МОДЕ В ЖУРНАЛАХ НАЧАЛА XX ВЕКА Первый номер журнала «Аполлон» за 1909 г. начинался, по сути, с программного заявления редакции журнала...

Живите по правилу: МАЛО ЛИ ЧТО НА СВЕТЕ СУЩЕСТВУЕТ? Я неслучайно подчеркиваю, что место в голове ограничено, а информации вокруг много, и что ваше право...





Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:


©2015- 2024 zdamsam.ru Размещенные материалы защищены законодательством РФ.