Выбор температуры нагрева для закалки стали
Доклад - Разное
Другие доклады по предмету Разное
Выбор температуры нагрева для закалки стали
сталь твердость аустенит закалка
Закалкой называют процесс термической обработки стали, заключающийся в нагреве до температуры выше критических точек АС3 или АС1, выдержке и быстром охлаждении (в воде, масле или других жидких средах) со скоростью больше критической. Цель закалки - повысить твердость стали за счет образования мартенситной структуры. Нагрев выше критических точек необходим, чтобы получить аустенит, а быстрое охлаждение - чтобы аустенит превратился в мартенсит (фазовые превращения, протекающие в сталях при нагреве и охлаждении, описаны ниже).
Превращение перлита (ферритно-цементитной смеси) в аустенит. Оно протекает при нагреве любой стали выше точки Ас1 хотя бы на один градус. Кроме того, при дальнейшем нагреве в доэвтектоидных сталях в интервале температур Ас1 - Ас3 в аустените растворяется избыточный феррит. Выше точки Ас3 стали находятся в однофазном аустенитном состоянии. Причем чем выше температура, тем крупнее получается аустенитное зерно. Для получения мелкого аустенитного зерна сталь необходимо нагревать всего на 30 - 50 оС выше точки Ас3.
Превращение аустенита в перлит. Этот процесс происходит в верхнем температурном интервале (Ас1 - 550оС) диаграммы изотермического превращения переохлажденного аустенита. Например, при скоростях охлаждения V1 и V2 аустенит распадается с образованием перлитных структур в интервале температур ас и ас соответственно.
Следует иметь в виду, что чем выше скорость охлаждения, тем ниже температурный интервал распада аустенита, дисперснее и тверже получается смесь феррита и цементита. Продукты распада аустенита (перлит, сорбит, тростит) имеют пластинчатое строение и отличаются друг от друга степенью дисперсности пластин феррита и цементита.
Закалка может быть полной и неполной. Полной является закалка на мартенситную структуру, а неполной - закалка на мартенсит и избыточную структуру (феррит или цементит). Результат закалки зависит от температуры нагрева. В свою очередь, температуру нагрева выбирают в зависимости от структурной группы стали (рисунок 1).
Доэвтектоидные стали подвергают полной закалке:
Тн = АС3 + (30…50)оС.
При таком нагреве ферритно-перлитная структура полностью перейдет в аустенит, который при быстром охлаждении превратится в мартенсит:
Твердость стали - максимальная.
Нагрев выше точки АС1, но ниже АС3 (точка в на ординате I) приведет к неполной закалке, так как перлит превратится в аустенит, а избыточный феррит не изменится. Поэтому после охлаждения, кроме мартенсита, в структуре сохранится избыточный феррит:
Так как твердость феррита меньше твердости мартенсита, он снижает твердость закалённой стали.
Нагрев ниже точки АС1, например до точки а на ординате I сплава (не обеспечит образования аустенита, следовательно, после охлаждения не будет и мартенсита. Закалка вообще не получится:
Заэвтектоидные стали ордината II на диаграмме железо - цементит, наоборот, подвергают неполной закалке:
Тн = АС1 + (30…50), оС.
В заэвтектоидной стали исходная структура - перлит и цементит вторичный. При нагреве выше точки АС1 (точка е на ординате II) только перлит перейдет в аустенит, а цементит вторичный останется. Причем в аустените будет растворено около 0,8% С. При охлаждении аустенит перейдет в мартенсит, а цементит вторичный останется:
Так как твердость цементита выше твердости мартенсита, его присутствие не только не снизит твердости закалённой стали, но и повысит ее износостойкость.
Нагрев заэвтектоидной стали до температуры выше критической точки Аст (точка f на ординате II) приведёт не только к переходу перлита в аустенит, но и к растворению в нем цементита вторичного, повышению в аустените углерода и снижению мартенситных точек. Поэтому при охлаждении аустенит не весь перейдёт в мартенсит. В структуре останется более 10% остаточного аустенита, что снизит твёрдость закалённой стали:
Нагрев ниже точки AС1 (точка d на ординате II), как и в случае с доэвтектоидной сталью, не приведет к образованию аустенита, следовательно, не будет и мартенсита.
Итак, для доэвтектоидной стали
Тн = аС3 +(30…50),С - полная закалка,
а для эаэвтектоидной стали
Тн = аС1 +(30…50),С - неполная закалка.
Литература
1.Тушинский, Л.И. Методы исследования материалов/ Л.И. Тушинский, А.В. Плохов, А.О. Токарев, В.Н. Синдеев. - М.: Мир, 2004. - 380 с.
2.Лахтин, Ю.М. Материаловедение/ Ю.М. Лахтин. - М.: Металлургия, 1993. - 448 с.
.Фетисов, Г.П. Материаловедение и технология металлов/ Г.П. Фетисов, М.Г. Карпман и др. - М.: Высшая школа, 2001. - 622 с.
.Евстратова, И.И. Материаловедение/ И.И. Евстратова и др. - Ростов-на-Дону: Феникс, 2006. - 268 с.
.Маркова, Н.Н. Железоуглеродистые сплавы/ Н.Н. Маркова. - Орел: ОрелГТУ, 2006. - 96 с.
.Ильина, Л.В. Материалы, применяемые в машиностроении: справочное пособие/ Л.В. Ильина, Л.Н. Курдюмова. - Орел: ОрелГТУ, 200