Головна

Термічна обробка СТАЛИ

  1.  B. Первісна обробка скарги
  2.  IV. Термічна обробка СТАЛИ.
  3.  V. сталь і чавун.
  4.  VIII. ОБРОБКА МЕТАЛІВ ТИСКОМ.
  5.  А раз МЕНЕ БОГА поки з Руху самі вигнали, стали під управління Темряви, то і Буду вам знову Показувати на прикладах - як воно жити без МЕНЕ, без БОГА.
  6.  А) радикальна хірургічна обробка первинного вогнища;
  7.  А. Сталін зайняв яскраво виражену стартову позу.

термічною обробкою називають технологічні процеси, що складаються з нагріву, витримки та охолодження сталевих деталей з метою зміни їх структури і властивостей. Це один з найпоширеніших в техніці і найефективніших способів зміни структури і властивостей сталей і сплавів, обумовлених протіканням різних фазових перетворень.

Класифікація основних видів термічної обробки була розроблена академіком А. А. Бочвара. Термічна обробка включає чотири основних види: відпал, загартування, відпустка і старіння.

отжигом називають вид термічної обробки, при якій фор-нормуються близькі до рівноважних структури матеріалів, в яких нерівноважні стану виникли в результаті попередніх видів впливу (лиття, кування, прокатка, зварювання і т. п.). Існують два основних типи відпалу - отжиг першого роду, при якому можуть не протікати фазові перетворення, наприклад, рекрісталлізаціонний, і отжиг другого роду, що супроводжується фазовими перетвореннями (повний і неповний отжиги). При відпалі сталь охолоджують дуже повільно, зазвичай разом з піччю.

загартуванням стали називають процес, при якому метал нагрівають до температур вище температур фазових перетворень і швидко охолоджують для отримання нестійких станів. При загартуванню сталь набуває високу твердість.

відпусткою попередньо загартованих сталей і сплавів називають технологічні операції, що проводяться з метою отримання більш ус-стійкості структурних станів. Термін відпустку застосовують в тих випадках, коли при загартуванню матеріал зазнає поліморфні перетворення.

старінням називають процес розпаду пересичених загартованих твердих розчинів, в яких при загартуванню поліморфних превращенійне відбувалося. Як правило, цей процес здійснюється при нагріванні металу.

Можливість або неможливість проведення того чи іншого виду обробки визначається на підставі аналізу діаграм станів. Основою для вивчення термічної обробки стали є діаграма станів залізо-цементит. Наведемо загальноприйняті позначення критичних точок. Критичні точки позначаються літерою А. Нижня критична точка позначається А1 і відповідає лінії PSK діаграми. Верхня критична точка А3 відповідає лінії GSE (Рис.3.5). Щоб відрізнити критичну точку при нагріванні від критичної точки при охолодженні, поряд з буквою А ставлять букву с - При нагріванні і r - При охолодженні.

Розглядаючи структурні перетворення в стали, слід виділити три основні структури:

аустенит (А, ?) - твердий розчин вуглецю в Fe?;

мартенсит (М) - перенасичений твердий розчин вуглецю в Fe?;

перліт (П) - евтектоїдна суміш одночасно утворюються фериту і цементиту (Ф + 3С).

При термічній обробці стали спостерігаються чотири основних перетворення:

1) перетворення перліту в аустеніт, що протікає вище точки А1.

2) перетворення аустеніту в перліт, що протікає нижче точки А1.

3) перетворення аустеніту в мартенсит.

4) перетворення мартенситу в ферито-карбідну суміш.

Можливість протікання зазначених перетворень визначається співвідношенням вільних енергій основних структур (рис. 3.1). Стійкої в даних умовах є та структура, яка володіє мінімальним запасом вільної енергії.

Рис.3.1. Зміна вільних енергій аустеніту FА, мартенситу FМ і перліту FП зі зміною температури

На машинобудівні заводи вуглецеві стали поставляються в відпаленого стані. Повільне охолодження стали при відпалі забезпечує отримання рівноважної структури з низькою твердістю і міцністю при високій пластичності, а, отже, і хорошу оброблюваність різанням та іншими методами. Після отримання деталей їх піддають термічній обробці, яка полягає, як правило, в загартуванні і відпустці Загартуванням називають термічну обробку, що складається з нагріву доевтектоїдних сталей до температур вище критичної точки Ас3, А заевтектоідной стали - вище Ас1, Витримці при цій температурі з наступним швидким охолодженням з критичної або більш високою швидкістю. При загартуванню сталь набуває високу твердість.

При загартуванню сталь нагрівається до аустенітного стану. Перетворення перліту в аустеніт відбувається при температурі вищій, ніж вказано на діаграмі залізо-цементит. Криві на рис. 3.2. показують, що чим вище температура, тим швидше протікає перетворення, і що чим швидше здійснюється нагрів, тим при більш високій температурі відбувається перетворення. В результаті такого нагрівання відбувається поліморфний перетворення в залозі Fe? > Fe? (Кристалічна решітка заліза з об'ємно-центрованої кубічної перетворюється в гранецентрированную кубічну), при цьому весь вуглець, який входив до складу перліту в вигляді цементиту, розчиниться в гранецентричній кубічній решітці заліза. Перетворення перліту в аустеніт супроводжується подрібненням зерна, так як в одному зерні перліту виникає безліч зародків аустеніту на кордонах пластин фериту і цементиту. Подальший нагрів після закінчення перетворення викликає укрупнення аустенітних зерен, швидкість росту яких визначається тим, яка використовується сталь - спадково дрібнозерниста або спадково грубозерниста.

Тепер різко охолодити сталь, наприклад, зануренням в воду, тобто проведемо загартування. Температура стали швидко знизиться до кімнатної. При цьому неминуче відбувається зворотна перебудова кристалічної решітки - з гранецентрированной в об'емноцентрірованной (Fe? > Fe?). Але при кімнатній температурі рухливість атомів вуглецю мізерно мала, і вони не встигають при швидкому охолодженні вийти з розчину і утворити цементит. У цих умовах вуглець як би насильно утримується в решітці Fe?- Заліза, утворюючи перенасичений твердий розчин. При цьому атоми вуглецю розпирають грати заліза, створюючи в ній велика внутрішня напруга. Решітка витягується уздовж одного напрямку так, що осередок з кубічної перетворюється в тетрагональную, тобто приймає форму прямокутної призми (рис.3.3), яка характеризується показником тетрагонального (с / a>1). Таке перетворення, що відбувається по бездіффузіонному сдвиговому механізму, супроводжується і структурними змінами. Виникає игольчатая структура, відома під назвою мартенситу - Перенасичений твердий розчин впровадження вуглецю в ?-Fe. Кристали мартенситу є дуже тонкі пластини, орієнтовані відносно один одного під кутом 60 або 120 °. У поперечному перерізі, яке виходить на мікрошліфів, такі пластини під мікроскопом представляються у вигляді голок.

Рис.3.2. Перетворення перліту в аустеніт у евтектоїдной стали

Питома обсяг мартенситу більше питомої обсягу аустеніту, з якого цей мартенсит утворюється, тому утворення мартенситу супроводжується виникненням великих внутрішніх напружень, а це призводить до появи великої кількості дислокацій в кристалах мартенситу. Якщо загартовану сталь з мартенситной структурою спробувати деформувати, то численні дислокації, рухаючись в різних напрямках, будуть зустрічатися і блокувати один одного, взаємно перешкоджаючи їх подальшому переміщенню. Таким чином створюються численні перешкоди для руху дислокацій, що підвищує опір пластичної деформації, а отже, збільшує твердість і міцність сталі. твердість мартенситу НВ 6000-7000 МПа, (HRC 62-66), а показники пластичності ?, ? і ударна в'язкість КСU близькі до нуля.

Рис.3.3. Атомна решітка тетрагонального мартенситу:

світлі гуртки - атоми заліза, чорні кружки - атоми

вуглецю

Мартенсит в структурі стали утворюється тільки при охолодженні з критичною швидкістю Vкрабо більш високою. При охолодженні з меншою швидкістю, наприклад, в маслі, а не в воді, утворюється структура троостіт, на повітрі - сорбіт (назви дано за іменами вчених Трооста і Сорби) За своєю будовою сорбіт і троостит схожі з перлітом, тобто представляють суміші фериту з цементитом, але відрізняються ступенем дисперсності (товщиною пластин) фериту і цементиту.

Критична швидкість охолодження, що забезпечує перетворення аустеніту в мартенсит, може бути визначена по діаграмі ізотермічного розпаду аустеніту (рис.3.4). Діаграма будується на основі дослідження перетворення переохолодженого аустеніту при постійних температурах. Початок і кінець перетворення аустеніту в перліт на цій діаграмі представляються у вигляді двох С - образних кривих. Діаграма будується в координатах температура - час. У цих же координатах зображуються і криві охолодження, що дозволяє їх поєднати. У доевтектоїдних сталях перетворенню аустеніту в перліт передує виділення фериту, а в заевтектоідних - цементиту.

Рис.3.4 Діаграма ізотермічного розпаду аустеніту в сталі 40 і криві охолодження: 1 - початок перетворення аустеніту в перліт; 2 кінець перетворення аустеніту в перліт; 3 - початок виділення фериту

лінія V1, Що характеризує повільне охолодження, перетне С - образні криві при високій температурі, і продуктом розпаду аустеніту буде перліт з низькою твердістю. При підвищенні швидкості охолодженні (V2, V3) Криві охолодження перетинають лінії діаграми при більш низьких температурах і утворюються більш дисперсні суміші фериту і цементиту - сорбіт і троостит. Якщо ж охолоджувати аустенит зі швидкістю вище критичної (V4), То розпад аустеніту в ферито-цементітние суміші не встигає відбутися, аустеніт переохолоджуватиметься до низьких температур і перетвориться в мартенсит, тобто відбудеться гарт.

Мінімальна швидкість охолодження, необхідна для переохолодження аустеніту до мартенситного перетворення, називається критичної швидкістю гарту (Vкр).

Перетворення аустеніту в мартенсит протікає в певному температурному інтервалі: починається при температурі Мн і закінчується при температурі Мk (Ці температури називають мартенситними точками). Положення мартенситних точок залежить від вмісту вуглецю в стали. точка Мk в заевтектоідних сталях лежить в області негативних температур, що призводить присутності в стали після гарту залишкового аустеніту.

Результати загартування багато в чому залежать від правильного вибору температур нагрівання під загартування, які визначаються становищем критичних точок А1 або А3. У першому наближенні температура нагріву при термічній обробці може бути визначена по діаграмі залізо-цементит (Рис.3.5), за такими залежностями: для доевтектоїдних сталей t = Ас3 + (30 ? 50) ° С (повна гарт); для заевтектоідних сталей t. = Aс1+ (30 ? 50) ° С (неповна гарт) У разі нагрівання доевтектоїдної стали нижче оптимальної температури відбувається неповне перетворення перліту і фериту в аустеніт, і після гарту разом з мартенситом буде присутній м'який ферит. Нагрівання заевтектоідних сталей до температур нижче оптимальних практично не змінює вихідну структуру. Нагрівання під загартування вище оптимальної температури викликає зростання зерна аустеніту, що призводить до утворення при охолодженні крупноігольчатого мартенситу і знижує ударну в'язкість (надійність). Заевтектоідние стали нагрівають при загартуванню вище Аc1, Так як присутній після охолодження поряд з мартенситом цементит не знижує твердості, а перегрів не тільки викликає зростання голок мартенситу, а й збільшує кількість залишкового аустеніту.

Вуглецеві сталі містять, поряд з залізом і вуглецем, постійні домішки: Мn, Si, S, P і інші елементи, які зміщують положення критичних точок. Тому для визначення температури загартування стали використовують експериментальний метод пробної гарту. Суть методу полягає в тому, що з досліджуваної стали в відпаленого стані виготовляють зразки, які гартують з різних температур в інтервалі передбачуваного знаходження критичних точок (нижче передбачуваних Ас1 і вище Ас3). Охолодження зразків проводиться зі швидкістю вище критичної. Оскільки метою загартування є отримання високої твердості стали, то після гарту на зразках вимірюється твердість і за максимальним значенням твердості визначається оптимальна температура гарту даної стали.

Мал. 3.5 Оптимальний інтервал температур гарту вуглецевої сталі

Швидкість охолодження вище критичної при загартуванню досліджуваної в даній роботі стали 40 забезпечує охолодження в воді. Для вивчення впливу швидкості охолодження на твердість сталі після загартування проводиться охолодження її в маслі і на повітрі. Охолоджуюча здатність цих середовищ показана в табл. 3.1. На практиці вид охолоджуючого середовища вибирають, в основному, в залежності від призначення деталей, їх конфігурації і ступеня легування. При оптимальному режимі загартування в інтервалі температур до вигину С-образних кривих (рис.3.4) необхідно охолоджувати з високою швидкістю, а в інтервалі температур Мн - Мk охолоджувати повільно. Такий режим виключає перетворення аустеніту в ферито-цементітние суміші в верхньому інтервалі температур і зменшує напруження при утворенні мартенситу.

Таблиця 3.1.



 ковкий чавун |  Характеристика різних гартівних середовищ

 Компоненти і фази в сплавах заліза з вуглецем |  Діаграма станів залізо-вуглець |  Вплив вуглецю і постійних домішок на властивості сталей |  Класифікація вуглецевих сталей |  Вуглецеві сталі звичайної якості |  Вуглецеві якісні стали |  Інструментальні вуглецеві сталі |  білий чавун |  сірий чавун |  високоміцний чавун |

© um.co.ua - учбові матеріали та реферати