Основы термической обработки

⇐ ПредыдущаяСтр 4 из 15Следующая ⇒

Термической обработкой называются технические процессы, состоящие из нагрева и охлаждения металлических изделий с целью изменения их структуры и повышения физико-механических свойств.

Термическую обработку характеризуют следующие параметры:

нагрев до определенной температуры
выдержка до этой температуры
скорость нагрева и охлаждения.

В зависимости от температурных режимов термическая обработка подразделяется на следующие виды: отжиг, нормализация, закалка, отпуск.

Основы для разработки видов ТО стали являются: часть диаграммы железо-цементит соотв-щее содержанию С 2, 14 % или стальной угол, который расположен ниже линии солидус.

Стальной угол характеризуется тремя критическими точками, которые обозначаются буквами А.

Нижняя точка А₁, которой соответствует г.м.т. на линии PSK

А₃ на линии gs

А_м – г.м.т. на линии SE

Если идет нагревание относительно этих линий, то добавляется с. (А_с1, А_с3, А_см)

Если идет охлаждение, то r. (А_r₁, A_r₃, A_rm)

Превращение в стали при нагреве и охлаждении.

При нагревании доэвтектоидной и заэвтектоидной сталей выше линии А_с1 (PSK) перлит переходит в аустенит, а фазы феррита и цементита остаются без изменения.

Чтобы перенести феррит и цементит, необходимо нагреть сталь выше критических точек А_с3, А_см (gs, sE). Тогда полное превращение стали при нагреве:

Это превращение сопровождается 2-мя процессами:

1. Перестройка ОЦК решетки α -железа (феррита) в ГЦК решетку γ -железа аустенита.

2. Твердофазное растворение С в аустенита. … диффузионный характер и с увеличением температуры ускоряется. При охлаждении стали происходит превращение в соответствии с диаграммой состояния, т.е. аустенит при охлаждении ниже точки А_r₁, превращается

Если такое превращение протекает в изотермических условиях (очень медленно), то образуется крупнозернистый перлит.

Если такое превращение осуществляется при более резком охлаждении по сравнению с изотермическим, то будет возрастать число зародышей новых зерен.

Это приводит к большей дисперсности…

Перлит более тонкого строения получил название сорбита. (сорбит образуется при охлаждении со скоростью…)

При еще более резком охлаждении феррито-цементитных пластинок становится еще больше. Их становится видно лишь под микроскопом. Структура с такой дисперсностью называется трооститом (80-100 ˚ С/сек)

Перлит, сорбит, тростит представляют собой механическую смесь феррита и цементита (имеют один. состав)

Эти структуры различаются только степенью дисперсности феррито-цементитной составляющей.

При температурах охлаждения, при которых почти не происходит диффузионных процессов …

Это превращение протекает почти мгновенно и носит название мантерситного превращения.

При этом образуется структура, которая называется мантерситом (300-500 ˚ С/сек).

Мантерсит – пересыщенный твердый раствор углерода в α -железе.

С в мантерсите в свободном виде не выделяется, а внедряется в ОЦК решетку –железа, преобразуя ее в тетрогональную.

Виды отжига.

Отжиг заключается в нагреве стали выше линии gsk (A_c₃, A_c₁) на 30-50˚ С.

Выдержки при данной температуре и медленном охлаждении (вместе с нагревательным устройством).

Различают следующие основные виды отжига:

полный отжиг – нагрев стали до температуры на 30-50 ˚ С выше точки А_с3 с последующим медленным охлаждением. После охлаждения в структуре стали образуются феррит и перлит. Отжигают в основном конструкционные стали для снятия напряжений и уменьшения твердости.
неполный отжиг – нагрев стали на 30-50 ˚ С выше точки А_с1. Отжигают в основном инструментальные стали. В структуре стали наблюдается перлит и цементит.
Диффузионный отжиг (гомогенезация) – производится при температурах 1100-1200˚ С для устранения структурной неоднородности.

Отжиг длится очень долго – в течение 30-50 часов.

Нормализация стали.

Нагрев стали до температуры выше линии gsE на 30-50˚ С.

Выдержки при этой температуре и последующем охлаждении на воздухе.

При нормализации стали имеют ту же структуру, что и при обжиге, но более дисперсную.

Закалка стали.

Нагрев стали выше линии gsk на 30-50˚ С ( ) с последующим быстрым охлаждением.

Цель закалки – получение высокой твердости и заданных физико-механических свойств.

Способность стали закаляться на определенную глубину называется прокаливаемостью.

Способность стали принимать закалку возрастает с увеличением содержания углерода. При содержании углерода менее 0, 3 % сталь не закаливается.

Доэвтектоидные стали подвергают полной закалке (нагрев выше точки А_с3 на 30-50˚ С)

После охлаждения в структуре образуется мелкоигольчатый мантерсит и остаточный аустенит (1-2%).

Заэвтектоидные стали подвергают полной закалке. (выше точки А_с1 на 30-50˚ С).

Структура этих сталей состоит из мантерсита и цементита.

При закалке в качестве охлаждающей среды чаще используют воду с добавками солей и щелочей.

Для увеличения эффективности охлаждения применяют масла, расплавленные соли и металлы.

Для закалки существенное значение имеет скорость охлаждения.

Виды закалки:

Закалка в одном охладителе.

Деталь помещают в закалочную среду (вода, масло), где она находится до полного охлаждения. Применяют для углеродистых и легированных сталей

Закалка в 2-х средах (прерывистая).

Деталь помещают в быстроохлаждающую среду (воду), а затем быстро переносят в другую (масло, соль, воздух) с охлаждением до комнатных температур.

Применяют для обработки инструментальных и высоколегированных сталей.

Ступенчатая

Нагретая деталь охлаждается в среде при температуре 230-250˚ С (например в нагретом масле), а затем при небольшой выдержке охлаждается на воздухе.

Обработкой холодом.

Заключается в охлаждении ст. до температуры ниже 0˚ С. Обычно - -70%.

Обработка холодом производится для полного перевода аустенита в мантерсит.

Применяется для высокоуглеродистых сталей и других специальных сталей.

Поверхностная

Нагрев поверхности детали до температур выше точки А_с3 с последующим быстрым охлаждением.

Нагрев изделия производится с большими скоростями.

Например, газопламенной горелкой или ТВЧ.

При этом поверхность изделия быстро нагревается до температур закалки, а сердцевина не успевает нагреться.

Быстрое охлаждение обеспечивает закалку поверхностного слоя.

Дефекты закалки

К основным дефектам закалки относятся следующие:

недогрев. нагрев стали ниже критической точки. Дефект исправим, закалку повторяют в соответствии с режимом ТО.
перегрев. сталь нагревают выше температуры критической точки. Перегрев можно устранить отжигом с последовательной закалкой.
пережег. Значительный перегрев стали перед закалкой.

Сталь становится очень хрупкой, так как происходит окисление по границам зерен.

обезуглераживание и окисление поверхности. Происходит при нагреве в пламенных и электрических печах без контролируемой атмосферы.

Для избежания дефектов деталь необходимо греть в специальных печах с защитной по отношению к стали атмосфере.

Закалка стали сопровождается к увеличению объема, что приводит к значительным внутренним направлениям, которые являются причиной образования трещин и коробления.

Трещины – неисправимый дефект.

Коробление в некоторых случаях исправимо.

Отпуск

- нагрев стали до температуры ниже линии А_с1 (PSK) с выдержкой при данной температуре и последующим охлаждением с заданной скоростью обычно на воздухе.

Цель отпуска – уменьшение закалочных напряжений, снижение твердости, улучшение физико-механических свойств.

Основное обращение при отпуске – распад мантерсита, т.е. выделение углерода из его пересыщенного раствора в виде мельчайших частичек карбида железа (цементита).

Отпуск всегда проводится после закалки и является окончательной термической операцией.

Различают следующие виды отпуска:

низкий отпуск. Производится при температурах 150-250˚ С с образованием структуры отпущенного мантерсита.

При этом уменьшаются остаточные напряжения. Твердость меняется мало.

средний. Проводится при нагреве стали до температур 350-450˚ С с образованием структуры троостита отпуска.

При этом значительно снижается твердость, заканчивается образование орбидной фазы. Рекомендуется для рессор и пружин.

высокий. Проводится при температурах 500-650˚ С с образованием структуры сорбита отпуска.

Применяют в машиностроении для изделий из конструкционной стали для обеспечения высокой механической прочности и плотности.

Сочетание закалки с высоким отпуском на сорбит называется улучшением стали.

Улучшение проводят для среднеуглеродистых сталей 0, 35-0, 65% С.

⇐ Предыдущая 1 2 345 6 7 8 9 10 Следующая ⇒