Исправление микроструктуры перегретой доэвтектоидной стали
Информация - Разное
Другие материалы по предмету Разное
ИСПРАВЛЕНИЕ МИКРОСТРУКТУРЫ ПЕРЕГРЕТОЙ ДОЭВТЕКТОИДНОЙ СТАЛИ
Введение
Перегретой называется сталь с крупным зерном аустенита в нагретом состоянии и грубой ферритно-перлитной структурой в охлажденном. Перегрев можно исправить термической обработкой. В основе исправления структуры лежат фазовые превращения, протекающие в стали при нагреве и охлаждении.
1. Фазовые превращения в стали
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 (рисунок 1).
Превращение аустенита в перлит. Этот процесс происходит в верхнем температурном интервале (Ас1 - 550 оС) 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 (см. рисунок 1).
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.
а - схема изменения структуры стали; б - схема диаграммы железо - цементит; в - диаграмма изотермического распада переохлажденного аустенита; кривая 1 - охлаждение с печью (отжиг); кривая 2 - охлаждение на воздухе (нормализация).
Рисунок 1 - Формирование структуры стали
2 Основные виды предварительной термической обработки стали
.1 Отжиг
Отжигом называют нагрев стали до заданной температуры, выдержку и медленное (вместе с печью) охлаждение. В зависимости от марки стали скорость охлаждения колеблется в пределах от 150 до 30 градусов в час. После отжига получается наиболее равновесная структура.
Отжиг применяют:
-для снятия внутренних напряжений;
-получения минимальной твердости;
исправления структуры кованой, литой или перегретой стали;
устранения дендритной ликвации.
В зависимости от температуры нагрева различают следующие виды отжига:
) Низкий отжиг. Температура нагрева ниже нижней критической точки Ас1 на 100 - 50 оС:
сталь термический перекристаллизация кованый
Тн = Ас1 - (100 … 50) оС.
Нагрев не сопровождается фазовыми превращениями, поэтому структура таким отжигом не изменяется (исключение - рекристаллизационный отжиг после холодной пластической деформации). Отжиг низкий применяют для снятия внутренних напряжений.
) Неполный отжиг. Температура нагрева лежит на 30 - 50 градусов выше нижней критической точки стали:
Тн = Ас1 + (30 … 50) оС.
Нагрев сопровождается частичной фазовой перекристаллизацией и приводит к исправлению перлитной (П) составляющей. Избыточная структурная составляющая феррит не претерпевает изменений. Для доэвтектоидных сталей неполный отжиг применяется редко.
) Полный отжиг. Температура нагрева лежит на 30 - 50 градусов выше верхней критической точки Ас3:
Тн = Ас3 + (30 …50) оС.
Нагрев приводит к полной фазовой перекристаллизации и, как следствие, исправлению перегретой структуры. При нагреве выше точки Ас3 на 30 … 50 оС образуется мелкое аустенитное зерно (см. рисунок 1, а), из которого при охлаждении с малой скоростью (кривая 1 - рисунок 1, в) формируется мелкая ферритно-перлитная структура. Если нагреть сталь до более высоких температур, аустенитное зерно вырастет, из такого зерна после охлаждения образуется крупнозернистая ферритно-перлитная структура (рисунок 2).
а - нормальный нагрев; б - перегрев.
Рисунок 2 - Структурные изменения доэвтектоидной стали при полной фазовой перекристаллизации
Полный отжиг снимает внутренние напряжения, смягчает сталь и полностью исправляет структуру. Применяют полный отжиг только для доэвтектоидных сталей, так как в заэвтектоидных сталях при медленном охлаждении образуется цементитная сетка вокруг перлитных зерен, что охрупчивает сталь.
.2 Нормализация
Нормализацией называется процесс термической обработки, заключающийся в нагреве стали выше верхней критической точки Ас3, выдержке до полного образования аустенита (мелкозернистого) и охлаждении на спокойном воздухе. От полного отжига нормализация отличается ускоренным охлаждением (кривая 2 на рисунке 1). В этом случае распад аустенита происходит при более низких температурах (участок ас), нежели при отжиге (участок ас). Зерно у нормализованной стали мельче, а твердость выше, чем у отожженной.
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. Материаловед