ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Теоретические основы термической обработки металлов и сплаТермическая обработка стали и чугуна из "Термическая обработка металлов токами высокой частоты " Термической обработкой металлов и сплавов называют совокупность операций нагрева, выдержки и последующего охлаждения, в результате которых изменяются структура металлов и в связи с этим их свойства (прочность, твердость и др.). В основе теории термической обработки лежат факторы фазовых и структурных превращений, которые протекают при нагреве и охлаждении металлов и сплавов. [c.18] Превращение в стали при нагреве (образование аустенита). Нагрев стали при термической обработке применяют, как правило, для получения структуры аустенита. Структура доэвтектоидной стали с содержанием углерода менее 0,8% (см. 3, рис. 9, ll) при нагреве ее до критической точки Ас состоит из зерен перлита и феррита. В точке А происходит превращение перлита в мелкозернистый аустенит. При дальнейшем нагреве от точки Ас до Лсз избыточный феррит растворяется в аустените и при достижении Лсз (линия G5) превращения заканчиваются. Выше точки Лз структура стали состоит только из аустенита. [c.18] Таким ж образом происходят превращения при нагреве заэвтектоидной стали, но с той лишь разницей, что выше температуры Лез в аустените начинает растворяться избыточный цементит. Выше точки Аст (линия SE) структура состоит только из аустенита. [c.18] 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 Лсз и выдерживают некоторое время при этой температуре. [c.18] Под начальным зерном аустенита подразумевают размер зерен, образующихся при нагревании стали выше критической точки Лс1 из зерен перлита. До момента окончания процесса превращения перлита в аустенит зерна новой структуры получаются мелкими, а затем начинается их рост. [c.19] Действительное зерно аустенита — это зерно, полученное в данных конкретных условиях нагрева при термической обработке. Величина такого зерна зависит от способа выплавки стали и вида последнего нагрева под закалку или отжиг. Величину действительного зерна можно регулировать режимами термической обработки и деформацией стали. [c.19] Природное (наследственное) зерно характеризуется способностью к росту зерна аустенита. При незначительном перегреве стали выше Лез в сталях даже одинакового химического состава зерно аустенита может расти с различной скоростью. Это зависит от способа выплавки стали, горячей и холодной ее деформаций и от температуры нагрева при термической обработке. [c.19] Стали принято разделять на мелкозернистые и крупнозернистые. У мелкозернистых сталей мелкое зерно сохраняется при температуре 950—ilOOO° С (т. е. при значительном перегреве выше Лсз), а у крупнозернистых сталей зерно начинает быстро расти даже при незначительном перегреве выше Лсз, т. е. немного выше 800° С. Величину зерна определяют сравнением микроструктуры стали при увеличении в 100 раз со стандартными размерами зерен (рис. 12), разделенными ГОСТ 5639—65 на десять основных номеров. От 1 до 4 зерна считаются крупными, а с 5—мелкими. [c.19] Превращения в стали при охлаждении (распад аустенита). Аустенит является устойчивым только при температуре выше 727°С (точка Ai). При охлаждении стали, предварительно нагретой до аустенитного состояния, ниже точки Art аустенит становится неустойчивым — начинается его превращение. [c.19] 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. [c.19] Изучение процесса превращения аустенита в перлит экспериментально проводится при постоянной температуре, т. е. в изотермических условиях и при непрерывном охлаждении. [c.19] Ниже температуры 500° С происходит образование своеобразной структуры, называемой бейнитом и представляющей сО-бой игольчатый троостит. [c.21] Как известно, диаграмма изотермического распада аустенита построена в координатах температура—время. Если на эту диаграмму нанести лучи или термические линии охлаждения VI, Уз, v , V5, Укр, то можно проследить превращения аустенита при непрерывном охлаждении, т. е. построить так называемые термокинетические диаграммы. [c.21] Критическая скорость закалки. Для определения критической скорости закалки стали, нагретой до определенной температуры, образец подвергают охлаждению при различных скоростях и по результатам строят графит (рис. 15). [c.21] При медленном охлаждении образца луч И] пересечет кривые / и // в точках йх и Ь. При этих температурах, соответствующих положениям точек а и произойдет превращение аустенита в перлит. [c.21] При большой скорости охлаждения прямая — луч иг пересечет кривые в точках Яг и 2 и переохлажденный аустенит полностью превратится в сорбит. При еще больших скоростях охлаждения прямая — луч Vз займет положение точек з и з и образуется новая структура — троостит. [c.22] Далее по мере ускорения процесса охлаждения лучи будут все круче (линии У4 и из) и первое превращение аустенита в. троостит не успеет закончиться. Оставшаяся часть переохлажденного аустенита (в точках 04 и ав) начнет превращаться в. [c.22] Наконец, при наибольших скоростях охлаждения, когда луч Икр касается кривой I (начала распада аустенита) и пересекает горизонталь Мв, в. стали получается только мартенсит (см. рис. 14, в), т. е. пересыщенный твердый раствор углерода в а-железе. При образовании мартенсита происходит перестройка гранецентрирован-ной решетки аустенита в объемноцентрированную решетку а-железа. Избыточное количество углерода, находящееся в а-железе, искажает эту решетку и превращает ее в тетрагональную, в которой отношение параметров не равно единице, как у куба. Тетрагональность тем выше, чем больше углерода в стали. Скорость охлаждения, при которой в закаливаемой стали из аустенита образуется только мартенсит, называют критической скоростью закалки кр. Чтобы закалить сталь, ее охлаждают со скоростью, ие меньшей, чем критическая (например, Уе). [c.22] Из всех структур мартенсит имеет самую высокую твердость, зависящую от содержания углерода в стали. Чем выше содержание углерода в мартенсите, тем выше и твердость стали после закалки. Так, например, для стали с содержанием 0,4% С твердость мартенсита составляет 52—54 НКС, а для стали с содержанием углерода 1,0% —62—64 НКС. [c.22] При дальнейшем охлаждении после образования первых крупных игл появляются мелкие иглы, расположенные параллельно первым. По мере образования новых игл мартенсита количество аустенита становится все меньше и меньше. А так как мартенсит имеет больший объем, чем аустенит, то оставшийся аустенит все больше подвергается сжатию. [c.23] Вернуться к основной статье