![]() Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Краткие теоретические сведения. Любой вид собственно термической обработки стали включает в себя нагрев до определенной температуры ⇐ ПредыдущаяСтр 4 из 4
Любой вид собственно термической обработки стали включает в себя нагрев до определенной температуры, выдержка ее при данной температуре и последующее охлаждение с заданной скоростью. Такой вид термической обработки может быть представлен графически в координатах «Температура-время» (рис. 12.1). Целью термической обработки является получение необходимых свойств стали путем изменения ее структуры в заданном направлении. К основным видам термической обработки углеродистой стали относят: различные виды отжига, в том числе и нормализационный (нормализацию), закалку, старение и отпуск.
Первым этапом любого вида термической обработки является нагрев стали. В большинстве случаев цель нагрева - получение аустенитной структуры. Выбор температуры нагрева углеродистой стали осуществляют, используя диаграмму состояния Fе-С (рис. 12.2).
Дозвтектоидные стали нагревают до температур на 30-50 °С выше критической точки Асз по диаграмме состояния Fе-С; эвтектоидную сталь – на 30-50 °С выше критической точки Ас1; заэвтектоидные стали – на 30-50 °С выше критической точки Ас1 (при закалке и отжиге) или на 30-50 °С выше критической точки Асm (при нормализации) (рис. 12.2). Вторым этапом термической обработки углеродистых сталей является выдержка, которая должна обеспечить полный прогрев изделия по сечению для завершения фазовых превращений, а также полную гомогенизацию аустенита. Время выдержки зависит от размеров и формы изделия, а также от температуры нагрева. Чем больше размеры изделия, тем больше время выдержки. Чем выше температура нагрева (при прочих равных условиях), тем меньше время выдержки. Третьим этапом термической обработки является охлаждение стали из аустенитного состояния. Различная скорость охлаждения приводит к получению различных структур, а, следовательно, и различного сочетания механических свойств. Рассмотрим превращения аустенита в зависимости от скорости охлаждения на примере звтектоидной стали, содержащей 0, 8 % С. В верхнем интервале температур, т.е. ниже равновесной температуры А1 и до температуры минимальной устойчивости аустенита tmin равной для углеродистых сталей приблизительно 550°C, аустенит распадается на феррито-цементитную смесь, имеющую пластинчатое строение. Процесс образования феррито-цементитной смеси протекает следующим образом. Вследствие диффузии атомов углерода в аустените создаются объемы, обогащенные и обедненные углеродом по сравнению со средним содержанием углерода 0, 8 %. Флуктуации концентрации при t< А1 способны создать условия для образования устойчивых зародышей цементита (6, 67 % С) и феррита (0, 02 % С). Если зародыш цементита превышает критический размер для данной степени переохлаждения, то в этом месте зарождается цементитная пластинка. Рост цементитной пластинки за счет диффузии углерода приводит к обеднению углеродом лежащих рядом участков аустенита и превращению их в феррит. Процесс повторяется, что ведет к образованию в аустените так называемых перлитных колоний (областей, состоящих из чередующихся пластинок цементита и участков феррита (рис. 12.3).
Расстояние между пластинками цементита Δ зависит от степени переохлаждения аустенита, которая в свою очередь зависит от скорости охлаждения. Чем выше скорость охлаждения, тем ниже температура превращения аустенита, меньше интенсивность диффузии, а, следовательно, и меньше межпластинчатое расстояние Δ, т.е. дисперснее феррито-цементитная смесь. Структуры называются соответственно перлит, сорбит, троостит (табл. 12.1). Повышение дисперсности феррито-цементитной смеси приводит к повышению твердости, прочности, но к снижению пластичности и ударной вязкости стали.
Таблица 12.1 – Основные виды термической обработки, а также структура и твердость эвтектоидной стали
При непрерывном охлаждении аустенита со скоростью 200-500 гр./с (см. табл. 12.1) до температуры начала мартенситного превращения (для углеродистых сталей эта температура составляет примерно 340 °С) начинается бездиффузионное превращение переохлажденного аустенита, имеющего ГЦК решетку, в мартенсит с объемно-центрированной тетрагональной решеткой (ОЦК). Тетрагональность решетки мартенсита вызвана наличием в ней избыточного количества углерода свыше 0, 02 % (рис. 12.4). Мартенсит имеет игольчатое строение, высокую твердость и низкую пластичность. Чем больше содержание углерода в мартенсите, тем больше искажение кристаллической решетки (больше отношение параметров решетки с/а), и тем выше его твердость.
Для получения вышеописанных структур, а, следовательно, и заданных свойств углеродистую сталь подвергают определенному виду термообработки. К основным видам термической обработки относятся: отжиг, нормализация, закалка. Они отличаются скоростью охлаждения стали из аустенитного состояния (см. табл. 12.1). Отжиг заключается в нагреве стали до температур выше критических (см. рис. 12.2), выдержке при данной температуре и последующем медленном охлаждении (с печью). После отжига получают структуры соответствующие диаграмме состояния Fе-С: для доэвтектоидных сталей - перлит + феррит; для эвтектоидной стали – перлит; для заэвтектоидных сталей – перлит + вторичный цементит. Основная цель отжига - повышение пластичности стали, снятие остаточных напряжений, устранение дефектов структуры, улучшение обрабатываемости резанием, измельчение зерна, подготовка стали к последующим термообработкам. Нормализация заключается в нагреве доэвтектоидной стали выше точки Ас3; эвтектоидной – выше точки АC1, а зазвтектоидные стали нагреваются выше линии Аcm на 50-70 °С, непродолжительной выдержке и последующем охлаждении на воздухе. Структуры, получаемые после нормализации: для доэвтектоидной стали – сорбит + феррит; для эвтектоидной – сорбит; для зазвтектоидной стали – сорбит + вторичный цементит. Цель нормализации та же, что и отжига. Однако после нормализации твердость и прочность стали выше, чем после отжига. Чем больше углерода в стали, тем разница заметнее. Часто нормализация является окончательным видом термической обработки деталей машин. Закалка заключается в нагреве дозвтектоидной стали выше Ас1 на 30-50 °С, а эвтектоидной и заэвтектоидных сталей на 50-70 °С выше Аc1, выдержке при данной температуре к последующем охлаждении в масле или воде. При закалке в масле получают структуры: для доэвтектоидной стали – троостит + феррит; для эвтектоидной стали – троостит; для зазвтектоидной стали – троостит + вторичный цементит. Закалка в воде приводит к превращению переохлажденного аустенита в мартенсит.
|