Структурные превращения при быстром нагреве и охлаждении

СТРУКТУРНЫЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ ПРИ БЫСТРОМ НАГРЕВЕ И ОХЛАЖДЕНИИ [c.33]

Внутренние остаточные напряжения возникают в процессе быстрого нагрева или охлаждения металла вследствие неоднородного расширения (сжатия) поверхностных и внутренних слоев. Эти напряжения называют тепловыми, или термическими. Кроме того, напряжения появляются в процессе кристаллизации, при неоднородной деформации, при термической обработке вследствие неоднородного протекания фазовых превращений по объему. Их называют фазовыми, или структурными. [c.69]

По источнику возникновения напряжения делят на механические — при механических воздействиях, термические — вследствие температурного градиента, например в процессе быстрого нагрева или охлаждения между поверхностными и внутренними слоями, и структурные фазовые) — при различных физико-химических процессах, происходящих в веществе, например изменении объема отдельных кристаллитов при фазовых превращениях. [c.84]

Содержащийся в пламени водород может растворяться в расплавленном металле сварочной ванны. При кристаллизации металла часть не успевшего выделиться водорода может образовать поры. Азот, попадающий в расплавленный металл из воздуха образует в нем нитриды. Структурные превращения в металле шва и околошовной зоне при газовой сварке имеют такой же характер, как и при других способах сварки плавлением (см. п. 6.2). Однако вследствие медленного нагрева и охлаждения металл щва имеет более крупнокристаллическую структуру с равновесными неправильной формы зернами. В нем при сварке сталей с содержанием 0,15. .. 0,3 углерода при быстром охлаждении может образовываться видманштеттовая структура. Чем выше скорость охлаждения металла, тем мельче в нем зерно и тем выше механические свойства металла шва. Поэтому сварку следует производить с максимально возможной скоростью. [c.85]

При сварке плавлением металл, заполняющий шов и находящийся вблизи шва (околошовная зона), претерпевает существенные фазовые превращения вследствие быстрого нагрева до температуры плавления и последующего охлаждения. Условия расплавления и охлаждения металла в шве и структурные изменения металла в околошовной зоне определяют свойства сварного соединения. [c.257]

Третья группа. Если в сплаве при нагреве происходят фазовые изменения, то полнота обратного (при охлаждении) превращения зависит от скорости охлаждения. Теоретически можно себе представить такие условия охлаждения, при которых обратного превращения вовсе не произойдет, и при комнатной температуре в результате быстрого охлаждения зафиксируется состояние сплава, характерное для высоких температур. Это будет закалка. Во многих случаях закалка неполностью или совсем не фиксирует состояния сплава, устойчивого при высоких температурах. Поэтому крайний случай закалки, когда фиксируется состояние сплава, характерное для высоких температур, называется истинной закалкой в отличие от закалки в более широком смысле, когда фиксируется не состояние сплава при высокой температуре, а некоторая стадия структурного превращения, при которой в сплаве не достигается еще равновесное состояние. Между обработкой второй и третьей групп есть общее. И в том, и в другом случае сплав нагревается выше температуры фазового превращения и окончательное строение приобретает в результате превращения при последующем охлаждении. Однако между обоими видами имеется и принципиальная разница. По второй группе термической обработки охлаждение имеет целью приближение сплава к равновесному состоянию и охлаждение поэтому ведется медленно. По третьей группе термической обработки охлаждение ведется быстро с целью отдаления структурного состояния сплава от равновесного. [c.159]

Теплота, выделяемая при сварке, распространяется вследствие теплопроводности в основной металл. В каждой точке околошовной зоны температура вначале нарастает, достигая максимума, а затем снижается. Чем ближе эта точка расположена к границе сплавления, тем быстрее в ней происходит нагрев металла и тем выше максимальная температура нагрева. Поэтому структура и свойства основного металла в различных участках зоны термического влияния различны. Протяженность зоны термического влияния и характер структурных преврашений в ней зависят от состава и теплофизических свойств свариваемого металла, способа и режима сварки, типа сварного соединения и т.п. Основной металл — нагартованный или после отжига на снятие напряжений — претерпевает в этой зоне возврат и рекристаллизацию. Если свариваемый материал является полиморфным, т. е меняет кристаллическую решетку в зависимости от температуры, то в зоне термического влияния сварки происходят фазовые превращения. Степень развития этих превращений в каждом слое зоны зависит от максимальной температуры нагрева слоя, длительности нахождения выше температуры фазового превращения, скорости нагрева и охлаждения. [c.52]

Закалка осуществляется нагревом стали до температур в интервале структурных превращений или выше их, выдержкой при этих температурах и быстрым охлаждением в воде или масле, в зависимости от марки стали. В результате закалки материал поко- [c.169]

В закаленных стальных деталях остаточные напряжения обусловлены структурными превращениями. Однако при нагреве деталей до температуры высокого отпуска и быстром интенсивном охлаждении остаточные напряжения сжатия в поверхностном слое, обусловленные структурными превращениями, снижаются. [c.177]

При кислородно-флюсовой резке в результате совместного влияния теплоты, выделяемой подогревающим пламенем, и теплоты сгорания разрезаемого металла и флюса в зоне реакции развивается значительная температура. Выделившаяся при резке теплота распространяется по массе детали и нагревает прилегающие к разрезу слои металла, создавая зону термического влияния. При этом термическое воздействие на металл характеризуется очень быстрым нагревом поверхности разреза до температуры, близкой к температуре плавления, высокой скоростью охлаждения и замедлением ее по мере снижения температуры. В результате этого в слоях металла, прилегающих к месту разреза, протекают структурные превращения. [c.55]

Между обработкой второй и третьей групп есть общее. И в том, и в другом случае сплав нагревается выше температуры фазового превращения, и окончательное, строение приобретает в результате превращения при последующем охлаждении. Однако между обоими видами имеется и принципиальная разница. При обработке по второй группе цель охлаждения — приближение сплава к равновесному состоянию, поэтому охлаждение ведется медленно. При обработке по третьей группе охлаждение ведется быстро, чтобы отдалить структурное состояние сплава от равновесного. [c.164]

Графически закалка представлена на рис. 101, в. При закалке возможны два варианта структурных изменений 1) а- р, т. е. быстрым охлаждением фиксируется высокотемпературное состояние 2) где а — метастабильная фаза, состав которой одинаков с составом исходной р фазы. В этом случае при охлаждении происходит бездиффузионное превращение, имеющее мартенситную кинетику. Для закалки основными параметрами являются температура нагрева, время выдержки и скорость охлаждения. [c.224]

Скорость превращения растет с увеличением контакта между структурными составляющими стали и уменьшается при наличии избыточных фаз (феррита в доэвтектоидной стали и цементита в заэвтектоидной). Карбиды при нагреве электрическим током растворяются быстро, однако, несмотря на это, из-за трудностей диффузионного выравнивания углерода после охлаждения в сплаве часто наблюдаются участки с неоднородным мартенситом. Быстрый нагрев малоуглеродистой стали ведет к превращению в аустенит в первую очередь перлита, а затем феррита. Если длительность нагрева недостаточна для выравнивания аустенита по углероду, то при охлаждении, наряду с образованием участков феррита, возможно образование участков мартенсита. В случае [c.35]

Эффект упрочнения во многом связан с мартенситным переходом в аустенитной фазе при Г = при закритйческих скоростях охлаждения (дпя углеродистых сталей Укр > 200 К/с). При >10 Вт/м скорость охлаждения Уохл К/с в области (х) < 10 К, и уточнение глубины упрочнения требует знания кинетики процессов структурных превращений при быстром нагреве и последующем охлаждении. При величине удельной мощности электронагрева д 10 Вт/м времена выдержки поверхностного слоя при Т > Асз сравнимы, а при gs > 4-10 Вт/м они меньше времен, необходимых для гомогенной аустенитизации за счет углерода, диффундирующего в решетке ферритной матрицы (размер зерен перлита в этом случае 5-ь20 мкм). В такой ситуации дальнейшее повышение уровня электронагрева д теряет смысл, если не перевести при высокочастотной индукционной закалке часть поверхностного слоя в состояние подплавления, резко сократив времена диффузионного массопереноса и гомогенизации состава в нагретом слое. [c.498]

Особенность фазовых и структурных превращений при сварке по сравнению с термической обработкой заключается в том, что они протекают в неравновесных условиях сварочного термодеформационного цикла (СТДЦ), т. е. в условиях быстрого нагрева и охлаждения и одновременного развития сварочных деформаций и напряжений. Характер превращений зависит от состава сплава, максимальных температур нагрева, а их завершенность— от скоростных и деформационных параметров сварочного цикла. [c.491]

Первым и, по-видимому, основным эффектом любого режима ТЦО сталей и чугунов является измельчение их микроструктуры. Этот процесс измельчения обусловлен несколькими факторами влиянием ускорения нагревов и охлаждений на структурообразование, отсутствием или малой длительностью выдержек при максимальной температуре нагревов, особенностью кинетики многократных структурных (и фазовых) превращений и т. д. Все эти аспекты процесса образования сверхмелкозернистой структуры еще мало изучены. Однако многое уже известно. Исследования показали, что при быстром нагреве рост аустенитного зерна происходит медленно и поэтому нагрев до высоких температур (например, до 1000 °С) [c.35]

Диаграмма распада аустенита стали Х12Ф1 показывает, что при непрерывном охлаждении на воздухе от 850 °С (температура отжига) структурное превращение в стали носит чаще всего мартенситный характер. Понижение степени легирования аустенита всегда приводит к снижению его устойчивости — к более быстрому и полному распаду. Ускоренные нагревы и охлаждения, отсутствие изотермической выдержки при ТЦО позволяют снизить в аустените степень растворения легирующих элементов. Это приводит при охлаждениях от тех же температур к перлитному или бейнитному превращению в стали. Таковы физические основы режима предварительной (смягчающей) ТЦО стали Х12Ф1. Он заключается в 2—4-кратном ускоренном нагреве до 860 °С с последующим охлаждением на воздухе до 80—20 °С. При такой ТЦО формируется сверхмелкозернистая структура, а твердость становится удовлетворительной для обработки изделий резанием [224]. Снижение твердости при увеличении числа циклов происходит неодинаково быстро в заготовках различного сечения (размера). В крупных заготовках (диа- [c.119]

Образование внутренннх напряжений связано в основном с неоднородным распределением деформаций по объему тела. Так, внутренние напряжения возникают в процессе быстрого нагрева или охлаждения металла вследствие неоднородного расширения (сжатия) поверхностных и внутренних слоев. Эти напряжения называются тепловыми. Кроме того, напряжения возникают в процессе кристаллизации, при неоднородной деформации, при термической обработке вследствие неоднородного протекания структурных превращений по объему и т. д. Эти напряжения называются фазовыми, или структурными. Внутренние напряжения различают и по другому признаку (как предложил [c.43]

Третья группа. Если в сплаве при нагреве происходят фазовые изменения, то полнота обратного (при охлаждении) превращения зависит от скорости охлаждения. Теоретически можно себе представить такие условия охлаждения, нри которых обратное превращение вовсе пе произойдет, и при 1 омнатной температуре в результате быстрого охлаждения зафиксируется состояние сплава, характерное для высоких температур. Это будет закалка. Во многих случаях закалка не фиксирует совсем (или фиксирует неполностью) состояние сплава, устойчивое при высоких температурах. Поэтому крайний случай закалки, когда состояние сплава, характерное для высоких температур, фиксируется, называется истинной закалкой, в отличие от закалки в более широком смысле, когда фиксируется не состояние сплава при высокой температуре, а некоторая стадия структурного превращения, при которой в сплаве не достигнуто еще равновесное состояние. [c.164]

Структура, фазовый, химический состав ПС, а также наличие в нем тех или иных дефектов зависят от физико-химической сущности и условий процессов обработки. Так, структурные и фазовые превращения в ПС при механической обработке обусловлены главным образом пластическими деформациями и нагревом. В результате пластической деформации увеличивается внутренняя энергия металла ПС, он становится термодинамически неустойчивьпи, более склонным к протеканию фазовых превращений. Повышение температуры создает условия для перехода металла в высокотемпературное структурно-фазовое состояние. Быстрое же его охлаждение после нагрева в процессе обработки может вызвать мартенситные превращения. Зерна металла ПС, попавшие в зону пластических деформаций, изменяют свою форму, вытягиваются в направлении движения режущего лезвия. На микрошлифе это проявляется в виде текстуры , искривления гаоскостей скольжения, образования обломков зерен и карбидов (рис.4.15). [c.137]

Пластическая деформация, в том числе и при резании металлов, обусловливает изменение микроструктуры. Беспорядочно расположенные в исходной структуре металла кристаллические зерна при пластической деформации приобретают однородную ориентацию (текстуру). Более глубокие изменения возможны при обработке металлов, воспринимающих закалку. В результате высокого поверхностного нагрева, а также быстрого охлаждения возможны фазовые превращения и структурные изменения. Так, в процессе шлифования закаленной и отпущенной стали образуется приповерхностный слой аустеыитыо-мартенситной структуры из вторично закаленного металла. Этот слой лежит на слое, имеющем структуры всех стадий отпуска вплоть до структуры исходного термически обработанного металла. Слой измененной структуры при нормальных условиях шлифования имеет почти равномерную толщину. Такие же превращения наблюдаются при точении. Так как каждой структурной составляющей свойствен присущий ей удельный объем, то фазовые и структурные превращения наряду с пластической деформацией являются источником остаточных напряжений. [c.54]

Существуют два вида закалки закалка без полиморфного превращения и закалка с полиморфным превращением. Закалка без полиморфного превращения заключается в нагреве металла или сплава до температур растворения избыточной фазы, выдержке при этой температуре с целью получения однородного пересыщенного твердого раствора, и в фиксации полученного пересыщенного твердого раствора за счет быстрого охлаждения в сильном охладителе (вода, масло и др.). В результате этого сплав имеет структурно неустойчивое состояние. Этот вид закалки характерен для сплавов алюминия с медью — дуралюминов. [c.433]

Таким образом, наличие железокремнистого карбида в белом чугуне оказывает существенное влияние на процесс графитизи-рующего отжига. При быстром охлаждении сплавов в результате ликвации углерода и кремния структурные составляющие, содержащие железокремнистый карбид, образуются уже при сравнительно невысоких содержаниях кремния. Именно в зонах их расположения при нагреве чугуна прежде всего образуются центры графитизации. При дальнейшей выдержке они возникают также в других участках структуры, главным образом на границе твердого раствора с карбидами. В сплавах с содержанием около 5% 81 железокремнистый карбид распадается примерно одновременно с цементитом. Образование аустенита при нагреве исследованных сплавов до 800" С удавалось наблюдать лишь в чугуне с 1,42% 81. В остальных сплавах это фазовое превращение происходит при более высоких температурах, и его наблюдению препятствует сильная графитизация поверхности образца. [c.53]

При сварке полиморфных металлов и пх сплавов в шве и зоне термического влияния протекают фазовые и структурные превращения. Полной вторичной перекристаллизации подвергаются шов и околошовная зона, нагреваемая при сварке выше температуры аллотропического превращения. В условиях быстрого охлаждения в этих участках возможна закалка с образованием метастабиль-ных структур и резким снижением пластических свойств сварного соединения (мартенсит в легированных сталях перлитного и мартенситного класса, углеродистых сталях, титане, цирконии и их сплавах). В околошовной зоне вследствие высокотемпературного нагрева наблюдается перегрев и 1нтенсивны1"1 рост зерна. В этой зоне пластические Boii TBa ос Ювного металла обычно снижаются иаиболее резко, особенно в тех случаях, когда перегрев сочетается с последую-)цей закалко . [c.153]

Идея точечной сварки с термической обработкой между электродами была впервые выдвинута в 1935 г. в СССР Н. В. Гевелингом. Наиболее целесообразный цикл термической обработки при точечной сварке сварка—охлаждение между электродами — повторный нагрев (фиг. 102). В результате быстрого охлаждения стали в зоне сварки возможна закалка. При повторном нагреве в этой зоне осуществляется более или менее полный отпуск, вследствие чего твердость понижается, а пластические свойства металла повышаются. При нагреве электрическим током структурные превращения в стали идут очень быстро (см. гл. Ill), в связи с чем кратковременный повторный нагрев длительностью 0,1—3 сек. (в зависимости от толщины свариваемого материала) существенно влияет на структуру и механические свойства стали. Хрупкость сварной точки [c.143]

При закалке для переохлаждения аустенита до температуры мартенситного превращения требуется быстрое охлаждение, но не во всем интервале температур (от температуры нагрева до комнатной температуры), а только в пределах 650—400°, т. е. в том интервале температур, где аустенит менее всего устойчив, быстрее всего превращается в феррито-цементитную смесь. Выше 650° скорость превращения аустенита мала, и поэтому сталь при закалке можно охлаждать в этом интервале температур медленно, но, конечно, не настолько, чтобы произошло выпадение феррита или превращение аустенита в перлит. Интервал 650—400° должен быть пройден быстро. В углеродистой стали ниже 400° вновь начинается зона относительной устойчивости аустенита, охлаждение снова может быть более медленным Наконец, в мартенситном интервале, начиная с 200—300°, особенно желательно замедленное охлаждение, чтобы к значительным структурным напря- [c.204]

Практика показывает, что обычно трещины проходят на расстоянии 0,5—2,0 мм от стыка по быстрорежущей стали. Механизм образования внутренних напряжений в сварной заготовке при охлаждении на воздухе после электросварки и появления трещин в зоне шва со стороны быстрорежущей части подробно пояснен К. П. Имшенником (ВНИИ). Основные положения этой работы по указанным выше вопросам вполне применимы для заготовок, сваренных методом трения. Суть этих положений заключается в следующем. В охлаждаемой сварной заготовке происходят структурные превращения в зоне термического воздействия, но не одновременно, а в зависимости от температуры нагрева при сварке. В конструкционной стали аустенит превращается в перлит при температуре ниже 723° при этом несколько увеличивается его объем по сравнению с объемом аустенита быстрорежущей стали, однако значительных напряжений не возникает, так как они частично погашаются пластическими деформациями аустенита быстрорежущей стали. В связи с тем, что заготовка охлаждается в осевом направлении и на поверхности область мартенсита на быстрорежущей части заготовки распространяется на участки в направлении к сварному шву. На поверхности заготовки происходит более быстрое образование мартенсита чем в центре ее. [c.32]

К недостаткам углеродистых сталей следует отнести низкую закаливаемость, требующую закалки с охлаждением в воде, что увеличивает напряжения и деформации в закаленном инструменте и способствует образованию трещин. Но главным недостатком углеродистых сталей является их низкая теплостойкость (б р == 200 — 250° С). При более высоких температурах нагрева в процессе резания в результате структурных превращений твердость углеродистых сталей резко снижается и лезвия инструментов, быстро изнашиваясь, не в состоянии резать обрабатываемый материал. Низкая теплостойкость ограничивает область применения углеродистых инструментальных сталей при изготовлении высокопроизводительных инструментов. Из углеродистых сталей изготовляют ручные (слесарные) инструменты и машинные инструменты, работающие с низкими скоростями резания. Например, из стали У12А изготовляют ручные развертки, метчики и плашки, из стали У13 — шаберы и напильники и из стали У9А — зубила. Машинные инструменты (метчики, плашки, развертки, сверла, зенкеры и концевые фрезы) изготовляют из стали У12А. [c.14]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...