Основные сведения о сплавах металлов (основы общей технологии металлов)
Описание технологических процессов литья
Литье в одноразовые формы
Литье в полупостоянные формы
Литье в металлические формы
Полунепрерывное литье
Специальное литье
Литье неметаллических материалов
Дефекты отливок
Термообработка металлов и сплавав
Правила безопасности в литейном производстве
Общие правила безопасности для металлургических предприятий
Современные технологии металлургии
Организация производства в промышленности.
Представление об устройствах и принципах действия автоматических систем.
Общие сведения из технической механики
Чтение чертежей
Общие сведения из электротехники
Фото галерея литейщика
Общие правила устройства электроустановок
Канализация электроэнергии
Безопасность несущих конструкций
Электробезопасность производства
Трубопроводы
ПОТ при эксплуатации электроустановок
Межотраслевые правила по охране труда в литейном производстве
Правила по охране труда при выполнении кузнечно-прессовых работ
Правила по охране труда при холодной обработке металлов
Карта сайта
Популярная металлургия
 
 

 

Изменение структуры и свойств металлов вызванное термической обработкой.

Большинство применяемых в производстве металлов подвергаются термической обработке.

Сущность термической обработки заключается в тепловых операциях - нагреве до определенной температуры, выдержке и последующем охлаждении металла (сплава), осуществляемых для изменения его структуры и создания в нем необходимых физических, механических и других свойств.

В процессе термической обработки в металле происходят превращения, в результате которых повышаются прочностные свойства, износостойкость металла, придается ему требуемая высокая или низкая твердость и хорошая обрабатываемость инструментом на металлорежущих станках.

Основными видами термической обработки стали, чугуна и цветных сплавов являются отжиг, нормализация , отпуск и закалка.

В развитии термической обработки большую роль сыграли работы Д. К. Чернова, положившие начало изучению превращений, происходящих в металле при переходе температуры через критические точки, и выяснению влияния структуры на прочностные свойства стали.

Ученый обнаружил критические точки (точки Чернова), которые обозначил символами а, в, с, Д. К. Чернов следующим образом охарактеризовал значение аи: «Сталь как бы тверда ни была, будучи нагрета ниже точки а не принимает закалки, как быстро ее ни охлаждали; напротив того, она становится значительно мягче и легче обрабатывается пилою. Как только температура стали возвысилась до точки в, масса стали быстро переходит из зернистой (или вообще говоря кристаллической ) в аморфное воскообразное состояние»

По современной терминологии точка а Чернова заключает в себе весь промежуток (на диаграмме железо-углерод ) от точки Ас, до точки Ас.

Точка в - температура рекристаллизации аустенита, обусловленная внутренним наклепом. Точка с характеризует окончание плавления стали.

Превращения в стали при нагреве (образование аустенита).

Нагрев стали при термической обработке в большинстве случаев применяют для получения структуры аустенита.

Как известно, структура доэвтектоидной стали с содержанием углерода менее 0,8% при нагреве до температуры ACl состоит из зерен перлита и феррита. В точке AC1 начинается фазовая перекристаллизация перлита в мелкозернистый аустенит. При дальнейшем нагреве от температур AC1 до АСз избыточный феррит растворяется в аустените и при достижении температуры Асп (соответствует линии GSE на диаграмме состояния железо-углерод) превращения заканчиваются. Выше точки АСз структура стали состоит только из аустенита.

Таким же образом происходят превращения при нагреве заэвтектойдной стали, но с той лишь разницей, что выше температуры AC1 в аустените начинает растворяться избыточный цементит. Выше точки Аст структура состоит только из аустенита.

По окончании превращений, после того как весь перлит перейдет в аустенит, структура стали имеет большое количество мелких аустенитных зерен. На скорость процесса образования аустенита и выравнивание его концентрации влияет ряд факторов. С повышением температуры эти процессы ускоряются. Легирующие элементы в стали-хром, вольфрам, молибден и др.- замедляют процесс образования аустенита.

Аустенит неоднороден по химическому составу, В тех местах, где были пластинки цементита, аустенит богаче углеродом, а где пластинки феррита - беднее. Поэтому при термической обработке для выравнивания химического состава зерен аустенита сталь нагревают немного выше верхней критической точки АСз и выдерживают некоторое время при этой температуре. При дальнейшем повышении температуры мелкие зерна аустенита начинают соединяться между собой, и чем выше температура нагрева, тем интенсивнее увеличиваются размеры зерен. В стали различают три вида зерен: начальные, действительные и природные.

Под начальным зерном аустенита подразумевают размер зерна в момент окончания превращения перлита в аустенит.

Действительное зерно аустенита - это зерно, полученное в данных конкретных условиях нагрева. Величина такого зерна зависит от метода выплавки стали и вида последнего нагрева под закалку или отжиг. Величину действительного зерна можно регулировать режимами термической обработки.

Природное (наследственное) зерно характеризуется способностью к росту зерна аустенита. В сталях даже одинакового химического состава зерно аустенита может расти с различной скоростью. Это зависит от свойств стали данной плавки. В связи с этим стали делятся на мелкозернистые и крупнозернистые. У мелкозернистых сталей мелкое зерно сохраняется при температуре 950-1000°С, а у крупнозернистых сталей зерно начинает быстро расти даже при нагреве немного выше 800°С.

Превращения в стали при охлаждении (распад   аустенита).

Аустенит является устойчивым только при температуре выше 723°С (точка АГ1 ). При охлаждении стали, предварительно нагретой до аустенитного состояния, ниже точки Аr1 аустенит становится неустойчивым - начинается его превращение.

Если эвтектоидную углеродистую сталь с содержанием углерода 0,8% начать медленно охлаждать, то при температуре, соответствующей линии PSK, аустенит превратится в перлит, т. е. в механическую смесь феррита и цементита. Этот процесс также подчиняется законам кристаллизации.

Изучение процесса превращения аустенита в перлит экспериментально проводится не при непрерывном охлаждении, а при постоянной температуре, т. е. в изотермических условиях. Делается это следующим образом: образцы исследуемой стали нагревают до температуры выше АС3 и после выдержки, необходимой для полного нагрева, быстро переносят в ванну, температура которой ниже ACl . Таким образом, превращение аустенита в перлит происходит во время нахождения стального образца в этой ванне.

При медленном охлаждении произойдет превращение аустенита в перлит.

При большой скорости охлаждения переохлажденный аустенит полностью превратится в сорбит.

Наконец, при наибольших скоростях охлаждения, в стали получается только мартенсит. Такое охлаждение вызывает закалку.

Наименьшую из скоростей охлаждения, при которой в закаливаемой стали из аустенита образуется только мартенсит, называют критической скоростью закалки. Величина имеет важное практическое значение в процессе термической обработки. Чтобы закалить сталь, ее необходимо охлаждать со скоростью, не меньшей, чем критическая.

Продуктами распада аустенита, являются мартенсит, троостит и сорбит.

Мартенсит - в закаленной стали представляет собой твердый раствор углерода в решетке α-железо, т. е. в объемно-центрированной тетрагональной кристаллической решетке. Углерод находится в центре грани. Микроструктура мартенсита характеризуется игольчатостью и высокой твердостью (HRC 64-65), высоким пределом прочности, большой хрупкостью и магнитными свойствами. Мартенсит в закаленной стали является неустойчивой структурой (метастабильной), поэтому при отпуске из него выделяется углерод и образуются зерна цементита. Это приводит к получению структуры троостита или сорбита отпуска.

Троостит - представляет собой смесь цементита и феррита. Он менее хрупок и тверд, чем мартенсит (его твердость HRC 40-45). Троостит отпуска является весьма ценной структурой для деталей, работающих при переменной нагрузке, как например пружин, рессор и т. д.

Сорбит -это смесь, состоящая из феррита и мелких зерен цементита. Сорбит отпуска имеет твердость HRC 30-40. Он отличается высоким пределом упругости при достаточной ударной вязкости. Поэтому сорбитообразную структуру используют для деталей, подвергаемых переменным нагрузкам.

 
 
 
 

 
   
 
 
Реклама