Глава 6. Теория термической обработки

Глава 6 теория термической обработки

Термообработка стали основана на фазовых превращениях в твёрдом состоянии при нагреве и охлаждении:

1. Превращение перлита в аустенит при нагреве.

2. Превращения аустенита при охлаждении:

• перлитное,

• мартенситное,

• бейнитное.

3. Превращения мартенсита при нагреве.

Условные обозначения основных критических линий диаграммы железо-цементит, использующиеся при термообработке: А_С1(PSK); А_С3(GS); A_cm(SE).

6.1.Превращение перлита в аустенит при нагреве

При нагреве эвтектоидной стали выше линии А_С1(727˚С) перлит превращается в аустенит:

П (Ф_0,02%С+Ц_6,67%С)→А_0,8%С.

Превращение является результатом двух одновременно протекающих процессов:

• полиморфного превращения;

• диффузионного растворения цементита в аустените. Для выравнивания концентрации углерода в аустените требуется время (гомогенизация).

Начальное зерно аустенита– это зерно, полученное при 727°С, оно всегда мелкое (рис. 32).

Рис. 32. Схема роста аустенитного зерна при нагреве: НМЗ – наследственно мелкозернистая сталь, НКЗ – наследственно крупнозернистая

При нагреве зерно растет. Действительное зерно аустенита– это зерно, полученное при данной температуре, его размер зависит от температуры нагрева, времени выдержки и наследственности стали. Сталинаследственно крупнозернистые(НКЗ) при производстве раскислены марганцем. При нагреве рост зерна в них начинается сразу выше А_С1. Сталинаследственно мелкозернистые(НМЗ) раскислены марганцем, кремнием и алюминием. Нитрид алюминияAlN, располагаясь по границам зёрен, тормозит их рост. При нагреве до 1000-1100˚С зерно растёт незначительно, но при более высоких температурах частицыAlNрастворяются в аустените, и зерна аустенита резко растут.

При последующем охлаждении размер действительного зерна сохраняется, независимо от протекающих фазовых превращений.

Перегрев стали – это нагрев до температур, значительно превышающих температуры фазовых превращений (1000…1100˚С), в результате чего формируется крупнозернистая структура, ухудшаются механические свойства стали. Перегрев можно исправить повторным нагревом до температур, немного выше температуры фазовых превращений (Ас₃или А_сm).

Нагрев до ещё более высоких температур в окислительной атмосфере, вызывает пережогстали. Происходит образование оксидов железа по границам зерен, резко повышается хрупкость. Пережог неисправим.

6.2. Превращения переохлаждённого аустенита

6.2.1. Диаграмма изотермического распада переохлаждённого аустенита

Если нагретую сталь со структурой аустенита переохладить до температуры ниже 727˚С, то аустенит окажется в неравновесном состоянии. Переохлажденный аустенит через некоторое время (инкубационный период) начнёт распадаться на феррито-цементитную смесь. В зависимости от степени переохлаждения и механизма процесса различают три превращения аустенита: перлитное, мартенситное и промежуточное (бейнитное). Превращения протекают в соответствии сдиаграммой изотермического распада переохлажденного аустенита, изображаемой в координатах «температура-время» (рис. 33). На диаграмме, соответствующей эвтектоидной стали:

• Линия А₁отделяет область устойчивого аустенита.

• Линия 1 – линия начала диффузионного распада аустенита, левее этой линии – аустенит переохлажденный, его устойчивость минимальна при температуре около 500˚С.

• Линия 2 – линия конца диффузионного распада, правее этой линии - продукты перлитного (выше 500˚С) и бейнитного (ниже 500˚С) превращений.

• Линия Мн – линия (температура) начала бездиффузионного мартенситного превращения.

• Линия Мк – линия конца этого превращения, для эвтектоидной стали эта температура имеет отрицательное значение.

Рис. 33. Диаграмма изотермического распада аустенита для эвтектоидной стали