Превращения, происходящие при нагреве стали

Если эвтектоидную сталь, содержащую 0,8% углерода и имеющую структуру перлит нагреть выше А_c1 (727⁰С), то перлит превратится в аустенит с тем же содержанием углерода (0,8%).

Если доэвтектоидную сталь, содержащую, например, 0,4% углерода и имеющую структуру феррит + перлит, нагреть выше А_c1, то перлит превратится в аустенит. Феррит никаких изменений не претерпевает. Аустенит содержит 0,8% углерода, а феррит - 0,02% (точка P). По мере повышения температуры в интервале А_c1-А_c3, феррит будет растворятся в аустените и как бы "разбавлять" его по углероду и в момент достижения температуры А_c3 аустенит будет содержать 0,4% углерода, то есть столько, сколько углерода в стали.

Если заэвтектоидную сталь, содержащую, например, 1% углерода и имеющую структуру перлит + цементит, нагреть выше А_c1, то перлит превратится в аустенит с содержанием 0,8% углерода. Цементит никаких изменений не претерпевает и содержит 6,67% углерода. Дальнейший нагрев в интервале А_c1-А_c3 приводит к тому, что цементит будет растворятся в аустените и дополнительно насыщать аустенит углеродом. В момент достижения температуры А_cm аустенит будет содержать 1% углерода, то есть то количество углерода, которое в стали.

Линия 4 - линия начала превращений А в П. Между линиями 4 и 1 одновременно сосуществуют перлит и аустенит. В области между линиями 1 и 2 – аустенит + карбиды. В области 2, 3 - карбиды растворяются в аустените, но аустенит представляет собой твердый растаор с неравномерно распределенными атомами углерода, распределенными по всему объему. Выше нилии 3 происходит гомогенизация аустенита – линия начала превращения 4 горизонтальна, потому что нагрев распроятраняется, поэтому температура превращения практически не изменяется. Скорость превращения зависит от степени перенагрева относительно точки А_С1 при перенагреве 100⁰ превращение перлита в аустенит пратикает практически мгновенно, что не позволяет фиксировать стадии, отраженные на представленной диаграмме изотермического образования аустенита.

33.Закалка. Закалка без полиморфного превращения. Понятие о критической скорости закалки. Закалка – термическая обработка, в результате которой в сплавах образуется неравновесная структура. Для получения неравновесной структуры сплав нагревают выше температуры фазового превращения в твердом состоянии (А₃ для доэвтектоидной и а₁—для заэвтектоидной сталей), после чего быстро охлаждают, чтобы предотвратить равновесное превращение при охлаждении. З., как и отжиг 2-го рода можно применять только к тем сплавам, в которых возможны фазовые превращения в твердом состоянии. Основные параметры: 1)температура нагрева; 2)время выдержки при этой температуре;3)скорость охлаждения. 1 и 2 должны быть такими,что бы произошли все необходимые фазовые превращения. Закалка должна быть такой, чтобы при охлаждении не смогли пройти обратные фазовые превращения. В этом состоит принципиальное различие закалки от отжига 2-го рода. Закалка без полиморфного превращения применяется только в сплавах, в которых возможны фазовые превращения в твердом состоянии. Закалка без полиморфного превращения – одна фаза полностью или частично растворяется в другой фазе. Закалка без полиморфного превращения состоит в фиксации при низких температурах состояния свойственного высоким температурам. Основное исходное положение при выборе температуры под закалку без полиморфного превращения – максимально возможное растворение избыточной фазы. Если охлаждать медленно, как при отжиге,то будет выделяться b-фаза в связи с уменьшением растворимости компонента В в решетке компонента А. Если охлаждение достаточно быстрое, то диффузионное перераспределение компонентов , необходимых для зарождения и роста b-фазы не успевает произойти, поэтому b-фаза из a-фазы выделяться не будет, a-фаза после закалки будет отличаться тем, что она – пересыщенный твердый раствор А в В. Т.о. при закалке без полиморфного превращения образуется пересыщенный твердый раствор. Понятие о критической скорости закалки. С понятием закалки обычно ассоциируется необходимость очень быстрого охлаждения, однако это совсем необязательно. Важно лишь, чтобы при охлаждении не успело произойти обратное фазовое превращение, т.е. чтобы не произошло распада твердого раствора. Количественным критерием устойчивости переохлажденного твердого раствора является «Критическая скорость закалки» - минимальная скорость, при охлаждении с которой не происходит распада твердого раствора.

37. Поверхностная закалка стали состоит в нагреве поверхностного слоя стали выше А_С3 c последующим охлаждением для получения высокой твёрдости и прочности в поверхностном слое детали в сочетании с вязкой сердцевиной. Нагрев под З производят токами высокой частоты (ТВЧ). При нагреве ТВЧ магнитный поток, создаваемый переменным током, проходящим по проводнику (индуктору), индуцирует вихревые токи в М детали, помещённой внутри индуктора. СТР 279 РИС 12.1!!! Форма индуктора соответствует внешней форме изделия. Индуктор представляет собой медные трубки с циркулирующей внутри Н₂О для охлаждения. n нагрева зависит от кол-ва выделившейся теплоты, пропорционального квадрату силы тока и сопротивлению М. Основное кол-во теплоты выделяется в тонком поверхностном слое. Чем ­ частота тока, тем ¯ закалённый слой. После нагрева в индукторе деталь охлаждают с помощью специального охлаждающего устройства. Ч/з имеющиеся в нём отверстия на поверхность детали разбрызгивается охлаждающая жидкость. Структура закалённого слоя состоит из мартенсита, а переходной зоны – из мартенсита и феррита. Глубинные слои нагреваются до t° ниже критических и при охлаждении не упрочняются. Для ­ прочности сердцевины перед поверхностной закалкой деталь иногда подвергают нормализации или улучшению. Достоинства поверхностной З ТВЧ: регулируемая длина закаливаемого слоя, высокая производительность, возможность автоматизации, отсутствие окалинообразования и обезуглероживания, min коробление детали. Недостатки: высокая стоимость индуктора Þ малая применимость ТВЧ к условиям единичного производства. Для поверхностной З применяют обычно углеродистые стали, содержащие »0,4%С. Глубокая прокаливаемость при этом методе не используется Þ легированные стали обычно не применяют. После З проводят низкий отпуск или самоотпуск. Выбор толщины упрочняемого слоя зависит от условий работы деталей. Для поверхностной З может использоваться нагрев лазером. Это позволяет избежать необходимость изготовления индивидуальных индукторов. Лазерное излучение распространяется очень узким пучком и хар-ся высокой концентрацией энергии. Под действием лазерного излучения поверхность деталей за короткий промежуток времени нагревается до высоких t°. После прекращения облучения нагретые участки быстро охлаждаются благодаря интенсивному отводу теплоты холодными V М. Происходит З тонкого поверхностного слоя. Лазерная обработка поверхности стальных и чугунных деталей ­ их износостойкость, предел выносливости при изгибе и предел контактной выносливости.

34. Закаливаемость и прокаливаемость стали. Способы закалки сталей.   Закаливаемость и прокаливаемость – важнейшие характеристики сталей. Под закаливаемостью сталей понимают их способность увеличивать твердость при закалке. Закаливаемость стали зависит главным образом от содержания углерода. Под прокаливаемостью понимают способность сталей получать закаленный слой на ту, или иную глубину, зависит от критической скорости закалки, если действительная скорость охлаждения достигнутая в сердцевине будет выше критической скорости закалки для этой стали, то изделие получит мартенситную структуру по всему сечению и прокаливаемость будет сплошной. Прокаливаемостьстали тем выше, чем меньше скорость охлаждения. За глубину закаленного слоя условно принимается расстояние от поверхности до полумартенситной зоны (50% М + 50%Тростит). Диаметр заготовки в центре которой после закалки в данной охлаждающей среде образуется полумартенситная структура – критический диаметр(Д_кр), т.о. величина критического диаметра определяет размер сечения изделия прокаливаемого насквозь, чтобы закалить деталь насквозь в данном охладителе, необходимо чтобы критический диаметр D_кр больше диаметра сечения детали.

 Способы закалки сталей.  З в 1 охлаждающей среде - самый простой способ – (гл, чтобы n охлаждения>n критич). Для этого сталь нагревают до состояния однородного А и охлаждают в 1 среде (масло, Н₂О). При З в 1 среде оч часто возникают чрезмерные закалочные напряжения Þ надо найти способ З для ¯ этого напряжения. «+»: простота; «-» большие внутренние напряжения в детали. 2) З в 2 средах: Сначала погружают в Н₂О, а потом в масло. «+»: снижаются внутренние напряжения; «-»: трудность регулирования выдержки деталей в перовой охлаждающей Ж, нестабильный результат. 3) Ступенчатая З (Чернов): после нагрева до состояния А деталь быстро переносится в t°, чуть >М_Н, выдерживается при этой t°, а потом охлаждается в масле. З в 2 средах и ступенчатая З, если речь идёт об обычных углеродистых сталях, может применяться тлк для деталей небольшого сечения, т.к. при охлаждении в Н₂О детали диаметром 8…12 мм, мы можем перескочить t° распада на феррит и цементит. t° нагрева сталей по З подбирают по ДС. Доэвтект стали: (30…50)°С+А_С3; заэвтект и эвтект стали: (50…70)°С+А_С1. «-»: ограничение размера деталей. 4) Изотермическая З. Сталь выдерживается в ваннах до окончания изотермического превращения аустенита. t° соляной ванны обычно составляет (250-350)°С. В рез-те изотермической З получается структура бейнита с твёрдостью 45-55 HRC при сохранении повышенной пластичности и вязкости. Длительность выдержки определяется с помощью диаграмм изотермического превращения аустенита. 5) Закалка с самоотпуском применяется в случае термообработки инструмента типа зубил, молотков, в кот должны сочетаться твёрдость и вязкость. Изделия выдерживают в закалочной ванне не до полного охлаждения. За счёт тепла внутренних участков происходит нагрев поверхностных слоёв до нужной t°, т.е. самоотпуск. 6) Обработка холодом. В структуре стали, закалено при комнатной t° присутствует некоторое кол-во остаточного аустенита, кот ¯ твёрдость и износостойкость деталей и может приводить к изменению их размеров при эксплуатации в условиях низких t° из-за самопроизвольного образования мартенсита из аустенита. Для ¯ остаточного аустенита в структуре применяют обработку холодом, кот состоит в охлаждении стали ниже 0°С до М_К (обычно не ниже -75°С), поучаемых в смесях сухого льда со спиртом. Обработка холодом должна производиться сразу же после закалки во избежание стабилизации аустенита.

35. Закалка с обработкой холодом заключается в продолжении охлаждения закаленной стали до температур ниже комнатной, но в интервале начала (Мн) и окончания (Мк) мартенситного превращения для дополнительного более полного превращения остаточного аустенита в мартенсит и повышения твердости. Высокоуглеродистые и легированные стали после закалки при комнатной температуре содержат до 12% остаточного аустенита, а быстрорежущие — более 35%. В результате обработки холодом повышается твердость и стабилизируются размеры дета­лей. Наиболее распространенной охлаждающей средой служит смесь ацетона с углекислотой (-78°С).

36. Отпуск закаленной стали. Низкий, средний и высокий отпуск. Нагрев закаленных сталей до температур, не превышающих А₁, называют отпуском. Основные параметры отпуска – температура нагрева и время выдержки. Отпуску подвергают сплавы, закаленные на мартенсит. Главным процесс при отпуске – выделение цементита из мартенсита – 1-ое превращение при отпуске закаленной стали. Распад мартенсита происходит в 2 стадии. 1) начиная с Т=80-100 гр. С начинается распад,при этом происходит образование скоплений углерода – кластеров. С Т приблиз. 100 гр. С обнаруживается метастабильный e - карбид, у него другое содержание С чем у Ц и другая кристаллическая решетка. В интервале Т=100-200 гр. С обр-ся «низкотемпературный» цементит (Fe_xC), который отличается от Ц длиной ребра куба. Образование стабильного Ц происходит при Т > 250 гр. С, наиболее активно при Т приблиз.=300-400 гр. С. Следующей стадией является коагуляция (укрупнение за счет других) и сфероидизация Ц. По температуре нагрева при отпуске различают отпуск: а) низкий; б)средний; в)высокий. А – Низкий отпуск – на отпущенный М проводят при Т=120-250 гр. С, обычно применяют для режущего инструмента. Цель – сохранить твердость и уменьшить остаточные напряжения, возникшие при закалке. Т.о. температура выбирается такой, чтобы твердость и износостойкость или не уменьшались, или уменьшались слабо. Б – Средний отпуск- отпуск на тростит отпуска, проводят при Т=350 – 450 гр. С, его используют в тех случаях, когда необходимо сочетание высокой прочности и высокой упругости. В результате образуются мелкие зерна Ф и мельчайшие выделения Ц, тогда эти выделения Ц служат препятствием на пути движения дислокаций и делают невозможным даже микро деформации – для упругих элементов конструкций(пружин, рессор и т.д.);

В – Высокий отпуск – отпуск на сорбит отпуска. Т=450-650 гр. С, обычно используют в тех случаях, когда необходимо обеспечить сочетание достаточной прочности и пластичности, и тем самым создать структуру с хорошим сопротивлением ударным нагрузкам, и т.о. обеспечить высокую надежность.  Поэтому сочетание закалки с высоким отпуском – термическое улучшение, или просто улучшение. Эту термообработку применяют к сталям, содержащим от 0,30 до 0,60 % С – среднеуглеродистые стали (также применяется поверхностная закалка).

 

⇐ Предыдущая12345Следующая ⇒

Поделиться: