Обработка углеродистой стали
Информация - Разное
Другие материалы по предмету Разное
1. ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА УГЛЕРОДИСТОЙ СТАЛИ
Термической обработкой стали называется технологический процесс, заключающийся в нагреве стали до определенной температуры, выдержке и последующем охлаждении с заданной скоростью. При термической обработке необходимые свойства стали получают, изменяя ее структуру без изменения химического состава.
При нагреве и охлаждении при определенных температурах в стали наблюдаются фазовые превращения. Такие температуры называются критическими точками. Их принято обозначать буквой А. Критическая точка А1 лежит на линии PSK (727 С) диаграммы железо - углерод и соответствует превращению перлита в аустенит (рису-
нок 1.1). А3 соответствует линиям GS и SE. На линии GS начинается выделение феррита из аустенита при охлаждении или завершается превращение феррита в аустенит при нагреве. На линии SE начинается выделение вторичного цементита из аустенита при охлаждении или заканчивается его растворение в аустените при нагреве.
Рисунок 1.1 - Обозначение критических точек стали
При термической обработке стали различают четыре основных превращения:
1. При нагреве выше АС1 перлит (ферритно-цементитная смесь) превращается в аустенит. Выше АС3 сталь находится в однофазном аустенитном состоянии. При этом чем выше температура нагрева, тем крупнее получается зерно аустенита.
2. При охлаждении ниже АС1 аустенит превращается в перлит. Превращение наблюдается как в изотермических условиях, так и при непрерывном охлаждении. Следует отметить, что чем выше скорость охлаждения, чем ниже температурный интервал распада аустенита, тем дисперснее получается смесь феррита и цементита. Продукты распада аустенита (перлит, сорбит, троостит) имеют пластинчатое строение. Твердость их зависит от степени дисперсности (рисунок 1.2).
Рисунок 1.2 - Влияние скорости охлаждения аустенита на характер образующихся продуктов
. При охлаждении со скоростью выше критической (vк) аустенит превращается в мартенсит - пересыщенный твердый раствор углерода в ?-железе. Мартенсит имеет игольчатую структуру и тетрагональную объемно-центрированную решетку. Твердость мартенсита лежит в пределах 55…65 HRC (см. рисунок 1.2).
. При нагреве ниже АС1 мартенсит превращается в перлитные структуры.
Основными факторами термической обработки являются температура и время, поэтому режим любой термической обработки можно представить в виде графика в координатах температура - время (рисунок 1.3). Этап АВ характеризует скорость нагрева сплава, этап ВС - выдержку при данной температуре, v1, v2, v3 - скорость охлаждения. Изменяя скорость охлаждения сплава, нагретого до определенной температуры, можно получить разные структуры и свойства, т.е. произвести различную термообработку.
Стали подвергаются следующим основным видам термической обработки: отжигу, нормализации, закалке, отпуску.
Отжиг. Это процесс нагрева стали до заданной температуры, выдержки и медленного охлаждения (с печью). Он относится к предварительной термической обработке.
Отжигом достигаются следующие цели:
) снятие внутренних напряжений;
) получение минимальной твердости;
) исправление структуры кованой, литой и перегретой стали;
) устранение дендритной ликвации (химической неоднородности) в пределах каждого зерна.
Рисунок 1.3 - График термической обработки
Различают отжиг I и II рода.
Проведение отжига I рода не связано с фазовыми превращениями. В зависимости от температуры нагрева различают следующие виды отжига:
Диффузионный отжиг (гомогенизация). Он применяется с целью устранения в легированной стали дендритной ликвации. При таком отжиге с целью интенсификации диффузионных процессов сталь нагревается до 1000 - 1100 оС и подвергается длительной выдержке (18 - 24 ч).
Рекристаллизационный отжиг, который производится с целью устранения наклепа металла после холодной пластической деформации. Температура нагрева при этом виде отжига выбирается на 150 - 250 оС выше температуры рекристаллизации (Тр) обрабатываемого сплава. Рекристаллизационный отжиг углеродистой стали осуществляется при температуре 600 - 700 оС.
Низкий отжиг. Температура нагрева - ниже нижней критической точки на 100 - 50 оС:
Тн = АС1 - (100 … 50) оС.
Нагрев не сопровождается фазовыми превращениями, поэтому структура таким отжигом не исправляется. Применяется для снятия внутренних напряжений.
Отжиг II рода связан с фазовой перекристаллизацией и может быть неполным и полным.
Неполный отжиг проводится при температуре выше АС1:
Тн = АС1 + (30…50) оС.
Нагрев сопровождается частичной фазовой перекристаллизацией и приводит к исправлению перлитной составляющей, феррит (цементит) не претерпевает изменения. Для доэвтектоидных сталей неполный отжиг применяется редко, в заэвтектоидных - приводит к образованию зернистого перлита.
Доэвтектоидная сталь:
Заэвтектоидная сталь: .
Полный отжиг. Температура нагрева - выше АС3:
Тн = АС3 + (30…50) оС.
Нагрев приводит к полной фазовой перекристаллизации и, следовательно, исправлению структуры:
.
Полный отжиг применяют для доэвтектоидных сталей. С помощью полного отжига достигаются 1 - 3-я цели.
Нагрев на 30 - 50 оС выше критических точек приводит к образованию мелкого зерна аустенита. Последующее охлаждение обеспечит образование мелкозернистой структуры