Вход в систему Поиск по сайтуОтправить сообщение по электронной почте

Технології, секрети, рецепти

 
   


Фізико-хімічні основи термобработкі сталі і кольорових металів.

В контексте

Термічна обробка (термообробка) стали, кольорових металів - процес зміни структури стали, кольорових металів, сплавів при нагріванні і наступному охолодженні з певною швидкістю.

Термобработка призводить до істотних змін властивостей сталі, кольорових металів, сплавів. Хімічний склад залишається у незмінному вигляді.

Діаграмми стану системи Fe-Fe3C

Малюнок 1. Діаграми стану системи Fe - Fe 3 C

Можливість впливу термічної обробки на структуру і властивості сталей, сплавів визначається вторинної кристалізацією, яка відповідно до діаграмою стану Fe - Fe 3 C відбувається по лініях GS, SE і РК.

Вплив швидкості охолодження аустеніту при термообробці на структуру сталі.

Вторинна кристалізація при повільному охолодженні відбувається в повній відповідності з діаграмою стану характеризується наступними етапами:

1) перетворення аустеніту в ферит;

2) виділення з аустеніту найдрібніших частинок цементиту;

3) укрупнення частинок цементиту, розміри яких змінюються від часток мікрона до декількох мікрон.

Якщо евтектоїдних сталь по лінії РК (в точці Ar 1) охолоджується повільно, то відбудеться повне розпадання аустеніту з утворенням перліту. Розпадання аустеніту відбувається за такими етапами:

  • перетворення гамма-заліза в альфа-залізо, тобто перегрупування атомів з решітки гранецентрированного куба гамма-заліза в грати центрованого куба альфа-заліза з одночасним зміщенням атомів вуглецю, що у твердому розчині гамма-заліза;
  • виділення з твердого розчину (аустеніту) дрібних частинок цементиту (Fe 3 C)
  • укрупнення частинок цементиту до платівок, розміри яких вимірюються від малих часток мікрона до кількох мікронів. Аустентіт більш-менш повністю розпадається.

Якщо швидкість охолодження збільшується до 50 град / сек, то розпад аустеніту не встигає закінчитися, розміри платівок цементиту досягають лише десятих часток мікрона, вони помітні лише при дуже великих збільшеннях . Така структура називається сорбітом (по імені Г. В. Сорбі - англійського природодослідника).

Якщо швидкість охолодження збільшується до 100 град / сек, то повністю встигає завершитися лише другий етап розпаду аустеніту, а третій етап зупиняється на самому початку. Тому розміри платівок цементиту вимірюються стотисячними та мільйонними частками міліметра. Ця структура має назву троостита (на ім'я Л. Трооста - французького хіміка). Наявність найтонших пластинок цементиту можна виявити за допомогою електронного мікроскопа.

Залежність положення критичних точок евтектоїдних стали від швидкості охолодження.
Малюнок 2. Залежність положення критичних точок евтектоїдних стали від швидкості охолодження.

Якщо швидкість збільшити 150-200 град / сек, то встигає завершитися лише перегрупування атомів заліза, утворюється пересичений метастабільний твердий розчин впровадження вуглецю в альфа-залізі з перекрученою кристалічними гратами. Ця структура називається мартенситом (на ім'я А. Мартенса - німецького металознавця). При нагріванні мартенсит переходить у більш стійкі структури: троостит, сорбіт і перліт.

Мартенсит стали виходить шляхом реалізації тільки першого етапу вторинної кристалізації, має характерне пластинчасте, під мікроскопом - вушки, будова. Зростання пластин шляхом зсуву відбувається миттєво зі швидкістю близько 1000 м / с по бездіффузіонному механізму, так як дифузійний перехід атомів з кристалів аустеніту в мартенсит при низьких температурах неможливий.

Мартенсит має найбільшу питому обсяг у порівнянні з іншими структурними складовими стали, і, особливо, з аустенітом. Збільшення питомої обсягу при утворенні мартенситу призводить до виникнення при загартуванню великих внутрішніх напружень, що викликають деформацію виробів або навіть поява тріщин.

При утворенні мартенситу отримують максимальні твердість (НВ 180 ... 650) і крихкість при мінімальних щільності і в'язкості. Твердість мартенситу зростає із збільшенням вмісту в ньому вуглецю. Однак збільшення вмісту вуглецю підвищує схильність мартенситу до крихкого руйнування.

Підводячи підсумок сказаному, зауважимо, що перліт, сорбіт, троостит за структурою являють собою двофазну суміш (фериту і цементиту). Вони відрізняються один від одного дисперсністю цементиту; мартенсит ж однофазен, це твердий розчин вуглецю в альфа-залізі.

Структура перліту, що виходить при повільному охолодженні сплавів, називається рівноважної, як і інші структури. На відміну від рівноважної, структури сорбіту, троостита, мартенситу, що виходять при прискорених охолодженнях, називаються нерівновагими.

Зрушення критичних точок при охолодженні.

Збільшення швидкості охолодження викликає зниження критичних точок (по відношенню до їх положенню на діаграмі рівноваги). Зрушення температур збільшується з прискоренням охолодження, що видно на рис. 2. Крива A ' r показує, що переохолодження аустеніту зростає при прискоренні охолодження.

Якщо охолодження повільне, то переохолодження невелика (верхні точки кривої A ' r), отже структура сталі залишається перлітною. Платівки цементиту в перліті тим менше, чим більше швидкість охолодження, і при подальшому прискоренні охолодження структура все більше наближається до сорбіту. При швидкості охолодження, необхідної для отримання структури сорбіту (>> 50 град / сек), аустеніт переохолоджується більш ніж на 100 o, фазове перетворення його в сорбіт відбудеться при температурі близько 600 o (точка C на кривій A ' r). Перетворення до троостита відбудеться при переохолодженні аустеніту на »180 o (точка Т).

Швидкість охолодження V1 (150 град / сек) відповідає початку появи мартенситу в структурі сталі. Частина лінії A " r, що характеризує перетворення" аустеніт - мартенсит ", - пряма. Це свідчить про сталість температури при перетворенні (близько 240 o, щоб евтектоїдних сталі) незалежно від подальшого збільшення швидкості охолодження.

Таким чином, крива A ' r характеризує розпадання аустеніту на дві фази: ферит і цементит, а відрізок A " r - перехід аустеніту в мартенсит. При швидкостях охолодження V 1 до V 2 охолоджена сталь містить троостит і мартенсит (перетворення відбувається відповідно до лінії A ' r та лінії A < / em> " r). При швидкостях охолодження, що перевищують V 2 (нижче лінії A " r), поряд з мартенситом буде трохи залишкового (не розпався) аустеніту.

Ізотермічний розпадання аустеніту.

Діаграмма ізотермічного розпаду аустеніту евтектоїдних сталі
Малюнок 3. Діаграма ізотермічного розпаду аустеніту евтектоїдних стали

Спостереженнями встановлено, що швидкість, характер розпаду аустеніту залежать від ступеня його переохолодження.

На рис.3 наведена діаграма ізотермічного розпаду аустеніту евтектоїдних вуглецевої сталі. Діаграма побудована в координатах "Температура - логарифм часу" (час відкладається на абсциссе за логарифмічною шкалою), що дає можливість простежити за часом перетворення від часток секунди до доби і більше.

Припустимо для простоти, що за час 0,5 сек вдається охолодити зразок зі стану аустеніту до будь-якої температури: від точки Ar 1 до 0 o і нижче. Охолоджуючи зразок до 700 o, витримуючи його при цій температурі, зауважимо, що протягом часу до точки H 1 у аустеніті ніяких перетворень не відбувається. З часу, відповідного точці H 1, починається розпад аустеніту. Період часу до точки H 1 називається інкубаційним періодом. Розпадання аустеніту закінчується повністю до часу точки К1, коли аустеніт перейшов в перліт. Швидкість подальшого охолодження не впливає на структуру зразка, тому за точкою К1 лінія обривається.

Спостерігаючи за зразком, охолодженим зі стану аустеніту до температури 650 o і наносячи на діаграму точки початку H 2 і кінця K 2 розпадання аустеніту, зауважимо, що інкубаційний період і період розпаду аустеніту зменшилися, а в результаті розпаду вийшов сорбіт.

Для зразка, охолодженого до температури близько 500 o, отримаємо на діаграмі відповідно точки Н3 і К3 розпадання аустеніту, а структура сталі буде представляти троостит. При збільшенні кількості подібних дослідів визначиться ряд точок початку - закінчення перетворення аустеніту. Поєднуючи ці точки, отримаємо дві криві перетворення аустеніту; криву I - початку перетворення при різних температурах і криву II - кінця перетворення при тих же температурах.

При охолодженні зразків зі швидкістю вище критичної при температурі 240 o (лінія M Н) починається перетворення аустеніту в мартенсит; перетворення всього аустеніту в мартенсит відбувається тільки при подальшому зниженні температури. Це перетворення, для евтектоїдних вуглецевої сталі. настане лише при температурі - 50 o.

Розглянувши діаграму (рис. 3), зазначимо таке. Верхня частина діаграми характеризує ізотермічний розпад аустеніту в суміш фериту, цементиту. Лівіше кривої I знаходиться поле, що відповідає переохолодження аустеніту, область між кривими I і II визначає час розпаду переохолодженого аустеніту, правіше кривої II < / em> знаходиться поле продуктів розпаду аустеніту: перліту, сорбіту та троостита. Інкубаційний період розпаду аустеніту змінюється в залежності від ступеня переохолодження останнього: спочатку зменшується до деякої критичної величини, потім знову збільшується. Цей період для кожної температури визначається абсцисою кривої I - початку розпаду аустеніту. Крива II показує, що тривалість перетворення також залежить від температури переохолодження. Пряма M н є кордоном між верхньою і нижньою частинами діаграми. Ця пряма характеризує початок мартенситного перетворення аустеніту і відповідає прямій ділянці кривої A "r (див. рис. 2).

Нижня частина діаграми показує, що для перекладу всього залишкового аустеніту в мартенсит необхідно знижувати температуру сталі до лінії M до (кінець мартенситного перетворення). Криві ізотермічного розпаду аустеніту мають форму літери С і називають С-образними кривими. Форма цих кривих встановлена професором С.С. Штейнбергом.

Для доевтектоїдних, заевтектоідной сталей С-образні криві зміщені вліво в порівнянні з кривими евтектоїдних сталі; прямі М до і М до для першої розташовані вище, а для другої - нижче, ніж для евтектоїдних сталі.

Властивості сталі зі структурою мартенситу, троостита, сорбіту або перліту.

Розглянемо спочатку властивості структур евтектоїдних сталі.

Діаграма зміни механічних властивостей евтектоїдних сталі. Стану від перліту до мартенситу
Малюнок 4. Діаграма зміни механічних властивостей евтектоїдних сталі. Стану від перліту до мартенситу

Мартенсит - найтвердіша і сама тендітна структура.

Твердість мартенситу HB = 600-650 (HRC = 62-66), а пластичні властивості при розтягуванні (d і y) і ударна в'язкість (а н) близькі до нуля. Щільність мартенситу менше, ніж щільність інших структур - 7,75 г / см 3. У зв'язку зі збільшенням обсягу сталі при мартенситних перетворенні виникають напруги, особливо при нерівномірному охолодженні деталі. Мартенсит магнітів, що володіють найбільшою здатністю зберігати в собі залишковий магнетизм, тому заготівлі магнітів заливають у мартенсит.

тростит, сорбіт - проміжні структури між перлітом і мартенситом, тому їх властивості будуть середніми між властивостями перліту і мартенситу. На рис. 4 наведені криві зміни твердості HB, межі міцності s в і відносного подовження d евтектоїдних сталі в різних станах від перліту до мартенситу.

Властивості структур неевтактоідной стали відрізняються від властивостей тих самих структур евтектоїдних сталі в залежності від вмісту вуглецю, проте характер зміни властивостей структур від перліту до мартенситу той же, що і у евтектоїдних сталі.
Просмотров: 69494 · Комментарии · Версия для печати

Другие материалы:

Нагрівання заготовок зі сталі.Хіміко-термічна обробка сталі.Термо-механічна обробка сталі.Термообробка. Відпустка сталі.Термообробка. Дефекти гарту сталі.Термообробка. Обладнання та склади для гартування сталі.Термообробка. Загартування сталі.Термообробка. Відпал стали.Термообробка. Нормалізація сталі.Фізико-хімічні основи термобработкі сталі і кольорових металів.Термообробка. Коротка інформація.Один із способів загартування сталі.
Внимание! © X51.project 2007-2018гг.
Дозволяється копіювання та інше використання матеріалів сайту при умові встановлення гіперпосилання, не забороненої до індексації пошуковими системами, на матеріал або головну сторінку сайту Технології, секрети, рецепти.
 
Вверх | Технології, секрети, рецепти | Администрирование | Контакты | Поиск | Карта раздела
Захист деревини | Дугове зварювання та різання металів | Столярні роботи | Арматура. Арматурні роботи.