ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Основы термической и химико-термической обработки стали из "Конструкционные и электротехнические материалы " Термическая обработка сплавов представляет собой совокупность проводимых по определенным режимам операций их нагрева и охлаждения с целью придания им такой структуры, которая бы обеспечила получение требуемых служебных или технологических свойств. Таким образом, за счет термической обработки можно не меняя химического состава стали изменять ее свойства в очень широком диапазоне. Например, отожженная сталь 40 имеет твердость 150 кгс/мм НВ, а закаленная — 600. [c.33] При помощи химико-термической обработки можно упрочнять только поверхностный слой металла, насыщая его каким-нибудь компонентом, оставляя при этом сердцевину без изменения. [c.33] Изменение структуры стали при нагреве. Если нагреть сталь до температуры 727 °С (см. рис. 1.12), то входящий в ее структуру перлит превратится в аустенит (1-я точка Д. К. Чернова). При дальнейшем повышении температуры у доэвтектоидных сталей (содержащих менее 0,8 % углерода) в аустените будет растворяться сохранившийся при 727 °С феррит, а у заэвтектоидных ( 0,8 % углерода) в нем будет растворяться цементит (Цц). Растворение закончится при температурах, соответствующих линии GSE (2-я точка Д. К. Чернова), и сталь примет аустенитную структуру. [c.33] Для ускорения диффузионных процессов, выравнивающих содержание углерода в зернах аустенита, сталь обычно нагревают до температуры выше линии GSE на 30—50 °С и делают при ней выдержку, достаточную для выравнивания состава во всех зернах. Нагрев до более высоких температур нежелателен ввиду роста ау-стенитных зерен, влекущего ухудшение прочностных свойств стали. [c.33] Нагрев стальных деталей для термообработки производится в специально сконструированных термических печах, имеющих камеру для загрузки деталей. [c.33] Превращение аустенита при различных скоростях охлаждения. Охлаждение деталей при термообработке производится в газообразных или жидких охлаждающих средах, выбираемых таким образом, чтобы получить требуемую скорость охлаждения аустенита, необходимую для превращения его в желаемую структуру. [c.33] Самое медленное охлаждение получается в печи с закрытой дверцей при выключенном отоплении. При открытой дверце охлаждение несколько ускоряется. Еще быстрее идет охлаждение при выдаче детали на воздух. [c.33] Для умеренно ускоренного охлаждения применяется машинное (минеральное) масло, а для быстрого - вода. Скорость охлаждения в воде можно изменять за счет подбора ее температуры чем холоднее вода, тем быстрее охлаждение. [c.33] При медленном охлаждении, например в печи, аустенит распадается на грубую, крупнопластинчатую смесь, состоящую из пластинок феррита и цементита, именуемую перлитом — П А- - Ф + + Ц = П. Распад происходит при температурах, близких линии PSK 727 °С). Перлит имеет твердость 180—200 кгс/мм НВ. [c.34] При ] скоренном охлаждении, например на открытом воздухе, растад аустенита произойдет в интервале более низких температур, и при этом получается более тонкая смесь пластинок феррита и цементита, называемая сорбитом — С. Твердость сорбита около 250 кгс/мм НВ. [c.34] При дальнейшем ускорении охлаждения (например, в минеральном масле) распад аустенита происходит при еще более низких температурах, а получающаяся смесь феррита с иементитом, называемая троститом, оказывается еще более тонкой и твердой (около 300 кгс/мм ). [c.34] Здесь следует заметить, что существует такая достаточно большая скорость охлаждения аустенита, начиная с которой он уже не успевает распадаться на феррито-цементнуую смесь, а переохлаждаясь до вполне определенной температуры, превращается в пересыщенный твердый раствор внедрения углерода в a-Fe. Этот раствор, называемый мартенситом, очень тверд и хрупок. Его твердость составляет 600 кгс/мм НВ. Мартенситное превращение требует непрерывного охлаждения от температурной точки М (начало мартенситного превращения) до точки М (конец мартенсит-ного превращения). Оно происходит в результате бездиффузионно-го аллотропического превращения v-Fe а a-Fe (ГЦК-решетки в ОЦК), при котором вследствие отсутствия диффузии из-за низкой температуры весь находившийся в аустените растворенный углерод остается в новой ОЦК-решетке и оказывается растворенным в а-Ре. Но так как растворимость углерода в a-Fe значительно меньше, то получается пересыщенный раствор с большими искажениями решетки и внутренними напряжениями. Эти искажения и напряжения называются закалочными, их появлению способствует очень большая плотность возникающих дислокаций. [c.34] Минимальная скорость охлаждения, при которой обеспечивается превращение аустенита в мартенсит, называется критической скоростью закалки. [c.34] Охлаждение аустенита в воде обеспечивает закритическую скорость и гарантирует получение мартенситной структуры, характеризующейся высокой твердостью и практически нулевыми пластичностью и вязкостью. [c.34] Виды термической обработки. Из всего вышеизложенного следует, что изменяя скорость охлаждения аустенита можно получать продукты с различными свойствами — от самых мягких и пластичных до наиболее твердых и хрупких. На этом и основано применение таких широко и часто используемых в промышленности видов предварительной термической обработки углеродистых сталей, как отжиг, нормализация и закалка. [c.35] Отжиг служит главным образом для снижения твердости стальных заготовок перед механической обработкой. Для его проведения заготовки из эвтектоидной и доэвтектоидной стали нагревают до аустенитного состояния, а из заэвтектоидной — до аусте-нитно-цементитного, делают выдержку для выравнивания состава аустенита и медленно охлаждают, выключив источник теплоснабжения печи, с закрытой, а иногда с открытой дверцей. [c.35] Нормализацией может быть достигнут ряд целей измельчение выросшего по какой-то причине зерна стали, разрушение затрудняющей механическую обра тку цементитной сетки вокруг зерен заэвтектоидной стали ( 0,8 % углерода), а также перекристаллизация грубой и хрупкой столбчато-дендритной структуры литой стали в мелкозернистую, равноосную. [c.35] Для заготовок из мягкой по природе низкоуглеродистой стали нормализация с целью экономии времени проводится вместо отжига, а для деталей неответственного назначения из любой стали заменяет закалку. При нормализации сталь нагревают до температуры выше линии GSE на 30—50 °С, затем делают выдержку и охлаждают на спокойном воздухе. [c.35] При таком охлаждении низкоуглеродистых сталей получается более тонкая по строению, чем при отжиге, смесь зерен феррита и перлита, но вследствие небольшого содержания углерода твердость оказывается не намного выше. [c.35] Средне- и особенно высокоуглеродистые стали при этом приобре-рают структуру мелкозернистого, мелкопластинчатого перлита, называемого сорбитом. Поэтому прочность оказывается выше, чем при отжиге. [c.35] Вернуться к основной статье