загрузка...
загрузка...
На головну

Вплив швидкості охолодження на структуру і властивості стали.

  1. III. ВПЛИВ ВІКОВОГО ФАКТОРА НА ПРОТЯГОМ ХВОРОБИ ТА ЇЇ ПІД ЧАС ВИХОДУ
  2. III. Психічні властивості особистості - типові для даної людини особливості його психіки, особливості реалізації його психічних процесів.
  3. VI. ВПЛИВ РИМСЬКОГО ПРАВА НА ЗАКОНОДАВСТВО РОСІЇ
  4. XI. Пристосування ТА ІНШІ ЕЛЕМЕНТИ, властивості. Здібностей та обдарувань АРТИСТА
  5. А) Вплив початкового тиску пара
  6. А. Властивості і види рецепторів. Взаємодія рецепторів з ферментами і іонними каналами
  7. Акустичні властивості фрикційного контакту

Це питання зручніше з'ясувати на прикладі евтектоїдной стали (С = 0,8%). З цієї сталі виготовляється серія зразків, всі вони нагріті до аустенітного стану, т. Е. Вище 727 ° С і в подальшому кожен зразок охолоджується з різною швидкістю (рис. 38).

а б

Мал. 38. Діаграма ізотермічного розпаду переохолодженого аустеніту евтектоїдной стали з накладеними на неї кривими охолодження:

а - загальний вигляд; б - Одержувані структури

Перетворення аустеніту при температурах 550 ° С і вище називається перлітним перетворенням, при 550 ° С ... мН - Мартенситним (МН - початок, МК - Кінець мартенситного перетворення).

Перлітного перетворення.В інтервалі температур перлітного перетворення утворюються пластинчасті структури з кристалів фериту і цементиту, які відрізняються ступенем дисперсності частинок Ф і Ц.

Дисперсність перлитових структур оцінюється межпластінчатим відстанню S сусідніх пластинок фериту і цементиту (рис. 39).

Щоб не сплутати цементит з ферритом використовують спеціальний травитель - пікрати натрію, який забарвлює цементит в чорний колір. Ферит при цьому не забарвлюється, т. Е. Залишається світлим.

Мал. 39. Феррито-цементітная структура

Якщо перетворення йде при температурах 650-670 ° С, то утворюється перліт, S = 6 · 10-4 мм.

При температурах перетворення 640-590 ° С утворюється сорбіт,

S = 3 · 10-4 Мм.

При температурах перетворення 580-550 ° С утворюється троостіт, S = 1'10-4 Мм.

Як видно з досвіду зі збільшенням швидкості охолодження зерна ферріто-цементитной суміші подрібнюються все сильніше, що різко впливає на властивості. Так, наприклад, у перліту НВ 2000, у сорбіту НВ 3000. а у троостита НВ 4200 МПа.

Проміжне (бейнітне) перетворення.В результаті проміжного перетворення утворюється Бейн, Що представляє собою структуру, що складається з a-твердого розчину кілька пересичені вуглецем і частинок цементиту. Бейнітне перетворення поєднує в собі елементи перлитного і мартенситного перетворень. У аустените утворюються обсяги, збагачені і збіднені вуглецем. Збіднені вуглецем ділянки аустеніту зазнають g ® a перетворення бездіффузіонним шляхом (мартенситним). В обсягах аустеніту, збагачених вуглецем, при t = 400-550 ° С відбувається виділення часток цементиту. при t <400 ° С частки цементиту виділяються в кристалах a-фази.

Бейніт, що утворився при температурах 400-550 ° С називається верхнім бейніта, він має перисті будова з гіршими механічними властивостями (знижені sв, КСU і d).

При більш низьких температурах (нижче 400 ° C) утворюється нижній Бейн, він має голчасті будову з кращими механічними характеристиками (великим sв, КСU і d).

Мартенситне перетворення аустеніту. мартенсит - Це пересичений твердий розчин впровадження вуглецю вFe?

Мартенсит утворюється тільки з аустеніту в результаті сильного переохолодження останнього зі швидкістю не менше критичної швидкості гарту (Vкр = - Дотична до діаграми, див. Рис. 38, а).

Мартенситні пластини (голки) утворюються майже миттєво, зі швидкістю понад 1000 м / с, лише в межах аустенітного зерна і не переходять межу між зернами. Тому розмір голок мартенситу залежить від розміру зерен аустеніту. Чим дрібніше зерна аустеніту, тим дрібніше голки мартенситу і структура характеризується як крупноігольчатий або мелкоігольчатий Мартенсом. Решітка мартенситу тетрагональна, т. Е. Періоди с > а (Рис. 40).

Мал. 40. Мікроструктура і кристалічна решітка мартенситу

Механізм мартенситного перетворення полягає в тому, що при температурах нижче МН решітка аустеніту, добре розчиняються вуглець (до 2014% С) виявляється нестійкою, і перебудовується в решітку Fe?, здатність якої розчиняти вуглець, дуже мала (до 0,02%).

Через великий швидкості охолодження весь вуглець, що знаходиться в аустените (ГЦК грати) залишається зафіксувати в Fe?(ОЦК решітка), де місця для його розміщення немає. Тому надлишковий вуглець спотворює грати, викликає поява великих внутрішніх напружень і, як наслідок, твердість і міцність ростуть, а ударна в'язкість і пластичність падають.

Аустенітно-мартенситних перетворення супроводжується збільшен ням обсягу. Всі структури стали можна розташувати (від максимального обсягу до мінімального) в наступний ряд: мартенсит - троостіт - сорбіт - перліт - аустеніт.

Відмінність від перлітного перетворення:

1) велика швидкість перетворення;

2) перетворення бездіффузіонному, т. Е. Без попереднього виді- лення вуглецю і освіти Fe3C;

3) починається перетворення в точці МН і закінчується в точці МК, причому положення цих точок залежить тільки від хімічного складу сплаву;

4) в структурі мартенситу завжди є невелика кількість залишкового непревращенного аустеніту (до 4%);

5) решітка мартенситу тетрагональна (а = b ? с).

Види термічної обробки.Термічною обробкою називається така технологічна операція, при якій шляхом нагрівання сплаву до певної температури, витримці при цій температурі і подальшого охолодження відбуваються структурні зміни, що викликають зміни властивостей металів.

Термічна обробка проводиться зазвичай в тих випадках, коли спостерігаються:

1) поліморфні перетворення;

2) обмежена і змінна (збільшується з температурою) розчинність одного компонента в іншому в твердому стані;

3) зміна будови металу під впливом холодної деформації.

Основними параметрами режимів термічної обробки є: температура і швидкість нагріву, тривалість витримки при заданій температурі, швидкість охолодження.

Температура нагріву стали залежить від положення критичних точок, виду термічної обробки і призначається на підставі аналізу діаграми стану сплаву.

Швидкість нагріву залежить від хімічного складу сплаву, розміру і форми оброблюваних деталей, маси садки, характеру розташування деталей в печі, типу нагрівального пристрою і т. Д.

Витримка при заданій температурі необхідна для завершення фазових перетворень, що відбуваються в металі, вирівнювання концентрації по всьому об'єму деталі. Час нагріву (40) складається з часу свого нагріву tн(2) і часу витримки tв:

tзаг = tн + tв (40)

де tв приймається рівним 1 хв на 1 мм товщини для вуглецевих сталей і 2 хв для легованих.

tн = 0,1D · K1· K2· K3 (41)

де D- Розмір найбільшого перетину (розмірна характеристика); K1- Коефіцієнт середовища (для газу - 2, солі - 1, металу - 0,5); K2 - Коефіцієнт форми (для кулі - 1, циліндра - 2, пластини - 4, паралелепіпеда - 2,5); K3- Коефіцієнт рівномірного нагріву (всебічний - 1, односторонній - 4).

Швидкість охолодження залежить, головним чином, від ступеня стійкості аустеніту, т. Е. Від хімічного складу стали, а також від структури, яку необхідно отримати.

Залежно від швидкості охолодження вуглецевої сталі отримують такі структури: ферит з перлітом, перліт, сорбіт, тростит, мартенсит.

Згідно діаграмі стану Fe-Fe3C, температурні точки, що утворюють лінію PSK, позначаються А1; лінію GS - A3; лінію ES - Аст. а якщо йдеться про процес нагріву, то перед цифровим індексом ставлять букву С (АЗ 1, АС3), А якщо в разі охолодження r(Аrз, Ar1).

Вуглецеві сталі піддаються таким видам термічної обробки: відпалу, нормалізації, загартуванню та відпуску.

Відпал стали.Мета відпалу:

1) виправлення структури після гарячої обробки (кування, лиття);

2) зниження твердості для полегшення обробки різанням;

3) зняття внутрішніх напружень;

4) підготовка структури до подальшої термічної обробки і холодному штампуванні;

5) зменшення хімічної неоднорідності.

При повному відпалі сталь нагрівається вище лінії АС3 на 30-50 ° С, витримується потрібний час при цій температурі і потім повільно охолоджується, як правило, разом з піччю (рис. 41).

При нагріванні вище точки АС3 відбувається перекристалізація, в результаті чого зерна подрібнюються, внутрішня напруга усуваються, сталь стає м'якою і в'язкою. Повному відпалу піддають переважно доевтектоїдних стали.

У разі нагрівання цих сталей нижче АС3 частина зерен фериту залишається в тому ж вигляді, в якому він був до відпалу (великі розміри, пластинчаста форма), що призводить до зниження в'язкості стали.

При неповному відпалі сталь нагрівається вище лінії АЗ 1 на 30-50 ° С і після витримки повільно охолоджується разом з піччю. При неповному відпалі відбувається лише часткова перекристалізація (перліт-аустеніт). Цей вид застосовується для заевтектоідних сталей.

Нагрівання цих сталей вище лінії Aсm(Аустенитное стан) недоцільний, так як розчинений в аустените цементит при наступному охолодженні буде виділятися по межах зерен перліту в вигляді сітки, що різко знижує пластичність і робить сталь крихкою.

Дифузний відпал (гомогенізація) застосовується для вирівнювання хімічної неоднорідності по об'єкту кристала в великих виливок. Він проводиться при температурі 1050-1150 ° С і при більш тривалих витримках (10-18 год).

Рекрісталлізаціонний відпал застосовується при знятті наклепу і внутрішньої напруги в стали після холодної обробки тиском (прокатка, штампування, витягування та ін.). Для вуглецевих сталей цей вид відпалу проводиться при температурі 650-690 ° С. В результаті чого твердість знижується, а пластичність зростає.

 

Мал. 41. Оптимальні температури нагріву при різних видах відпалу

Нормалізація стали.Вид термічної обробки, що складається в нагріванні стали на 30-50 ° С вище лінії GSE(АПн и Аcm), Витримці при цій температурі і наступному охолодженні на спокійному повітрі називаєтьсянормалізацієюстали.

Мета нормалізації - подрібнення зерна, поліпшення механічних властивостей, підготовка структури для остаточної обробки (гартування та відпуску).

У порівнянні з відпалом, швидкість охолодження при нормалізації значно вище, тому розпад аустеніту йде при великих переохолодженнях, що призводить до утворення дрібнозернистих продуктів розпаду - фериту і перліту, і, отже, підвищення твердості.

Нормалізація, як вид термічної обробки, застосовується головним чином для низьковуглецевих будівельних сталей. Нормалізацією усувається цементітная сітка в заевтектоідних сталях при підготовці їх до загартування.

Загартування сталі.Вид термічної обробки, що складається в нагріванні стали до температури вище лінії АС3 (Доевтектоїдної стали) або АЗ 1 (Заевтектоідной стали) на 30-50 ° С, витримці при даній температурі і наступному швидкому охолодженні у воді або маслі (рис. 42) називається закалкой.

Мал. 42. Оптимальні температури нагріву під загартування вуглецевих

сталей

Мета гарту - підвищення твердості, міцності і зносостійкості стали за рахунок отримання структури мартенситу, що має характерне голчасті будову.

Для перетворення аустеніту в мартенсит швидкість охолодження повинна бути більше критичної швидкості гарту Vкр.

Критичною швидкістю гарту називається найменша швидкість охолодження, при якій весь аустеніт переохолоджується до мартенситного перетворення. Якщо швидкість охолодження буде менше Vкр, аустенит розпадається на ферито-цементітную суміш (тростит, сорбіт, перліт, див. рис. 38).

Необхідна швидкість охолодження забезпечується підбором охолоджуючої середовища. У виробничій практиці для загартування застосовують воду, мінеральні масла, водні розчини солей, лугу. Основною перевагою масел в порівнянні з водою є повільне охолодження в мартенситной області (нижче 300 ° С), внаслідок чого гарт в маслі дає меншу деформацію, напруги і схильність до утворення гартівних тріщин.

Розрізняють повну і неповну загартування стали. При повному загартування сталь нагрівається на 30-50 ° С вище критичної точки АС3. Доевтектоїдних стали обов'язково піддають повної загартуванню, т. Е. Нагрівають до повного переходу ферито-перлітною структури в аустенитную. При подальшому охолодженні зі швидкістю вище критичної сталь набуває структуру мартенситу.

Недогрев доевтектоїдної стали до точки АС3 призводить до збереження в структурі загартованої сталі поряд з мартенситом деякої кількості фериту і, отже, до заниженими механічними властивостями після гарту. Таку загартування називають неповною, і для доевтектоїдної стали вона є пороком (рис. 43, б).

Мал. 43. Структурні перетворення в доевтектоїдної стали при

загартуванню:

а - Повна гарт; б - Неповна гарт

При неповної загартуванню заевтектоідной стали (нагрів вище точки АЗ 1, Але нижче точки Асm) Залишився нерозчиненого цементит підвищує твердість сталі після загартування, так як є упрочняющей фазою. Якщо заевтектоідних сталь нагріти вище лінії Асm, То в її структурі буде крупноігольчатий мартенсит з підвищеною кількістю залишкового аустеніту (див. Рис. 44, б). Таким чином, якщо для доевтектоїдних сталей неповна гарт є дефектом, то для заевтектоідних - основним видом загартування.

Відпустка стали.Вид термічної обробки, що складається з нагріву загартованої на мартенсит стали до температури нижче лінії PSK (АЗ 1), Витримці при цій температурі і подальшого охолодження називається відпусткою.

Нагрівання стали при відпустці полегшує перехід з метастабільного стану пересичені a-твердого розчину в більш стійке. При відпустці з підвищенням температури в загартованої сталі відбувається виділення вуглецю з мартенситу, що супроводжується зменшенням кристалічної решітки, освітою і коагуляцією (укрупненням) частинок цементиту.

З підвищенням температури відпустки межа міцності і твердість знижуються, а пластичність і ударна в'язкість ростуть.

Мал. 44. Структурні перетворення в заевтектоідной стали при

загартуванню:

а - Неповна гарт; б - Повна гарт

Відповідно до технічних вимог, що пред'являються до виробів на практиці, застосовують такі види відпустки: низький, середній і високий.

Низький відпустку характеризується невисокими температурами нагріву (150-250 ° С) і застосовується для виробів, де потрібна висока твердість (HRC 56-64) і зносостійкість. Низький відпустку незначно зменшує твердість загартованої сталі і збільшує в'язкість, знімаючи внутрішню напругу у виробах. Властивості стали після відпустки залежать не тільки від температури нагріву, але і від тривалості витримки. Низький відпустку застосовують для ріжучого інструменту, зубил, валків, калібрів, шаблонів, виробів з цементуемих сталей.

Структура сталей після низького відпустки - відпущений мартенсит.

Середній відпустку характеризується нагріванням загартованої сталі до температури 300-400 ° С і забезпечує відносно високу твердість HRС 40-54 і максимальна межа пружності при достатній міцності. Цей вид відпустки застосовується для пружин, ресор, штампів, ударного інструменту і т. Д. Структура виробів після середнього відпустки - тростит відпустки.

Високий відпустку здійснюється нагріванням загартованої сталі до

500-600 ° С і застосовується для виробів з конструкційних сталей, що піддаються впливу високих динамічних, знакозмінних або статичних напружень. Структура стали після високого відпустки сорбіт відпустки.




Стандартні розміри зразків | Рекристалізації на структуру і властивості стали | Порядок виконання роботи | сплавів | Пояснення до виконання роботи | Вивчення структури і властивостей вуглецевих сталей в рівноважному стані | Порядок виконання роботи | Вивчення структури і властивостей чавунів | Механічні властивості чавунів | Порядок виконання роботи |

загрузка...
© um.co.ua - учбові матеріали та реферати