1.4. Основы термической и химико-термической обработки металлов и сплавов.

Термическая обработка - это изменение структуры стали путём нагрева выдержки и охлаждения с соблюдением установленных режимов.

Обозначение критических точек стали при нагреве и охлаждении.

Ас- нагрев

Аr - охлаждение

1. Ас₁=727°С – эвтектоидная реакция при нагреве - П→А

Аr₁=727°С – эвтектоидная реакция при охлаждении - А→П

2.Ас₂=768°С – исчезновение магнитных свойств при нагреве.

Аr₂=768°С – появление магнитных свойств при охлаждении.

3. Ас₃ - критическая точка доэвтектиктоидных сталей (линия GS) - превращение Ф→А при нагреве.

Аr3-критическая точка доэвтектоидной стали, показывающая превращение А→Ф при охлаждении.

4.Асm- критическая точка заэвтектоидных сталей (линия ES), показывающая превращение А↔Ц_II.

Превращения в сталях при нагреве.

а) доэвтектоидная сталь состоит из Ф и П.

Ас₁ - П→А

(Ас₁-Ас₃) - Ф→А

>Ас₃ - выравнивание концентрации углерода в аустените и рост зёрен аустенита.

б) эвтектоидная сталь состоит из П.

Ас₁ - П→А

>Ас₁ - выравнивание концентрации углерода в аустените и рост зёрен аустенита.

в) заэвтектоидные стали состоят из П и Ц_II

Ас₁ - П→А

(Ас₁- Асm) - Ц_II→А

> Асm - выравнивание концентрации углерода в аустените и рост зёрен аустенита.

Размер зерна стали задаётся при нагреве и при охлаждении он не изменяется, поэтому сталь нагревают не более чем на 30 - 50°С выше критической точки.

Превращения в сталях при охлаждении

1. Перлитное превращение происходит при наименьшей скорости охлаждения (вместе с печью или на воздухе) и имеет диффузионный характер. Оно заключается в диффузии атомов углерода из аустенита с образованием цементита и последующем полиморфном превращении аустенита в перлит. В результате образуется структура, состоящая из пластинок феррита и цементита.

а) При охлаждении со скоростью менее 50^оС/сек в интервале температур 727-650^оС образуется перлит с толщиной смежных пластинок феррита и цементита 0,6-1 мкм.

б) При охлаждении со скоростью 50-100^оС/сек в интервале температур 650-600^оС образуется сорбит с толщиной смежных пластинок феррита и цементита 0,2-0,3 мкм (рис.32 а).

в) При охлаждении со скоростью 100-150^оС/сек в интервале температур 600-500^оС образуется троостит с толщиной смежных пластинок феррита и цементита 0,1-0,15 мкм (рис.32 б).

Чем меньше толщина пластинок феррита и цементита, тем выше твёрдость.

а б

Рис. 32. Структура сорбита (а) и троостита (б)

2. Бейнитное превращение происходит при охлаждении со скоростью 150-200^оС/сек в интервале температур 500-250^оС. В начале превращения ещё возможна диффузия атомов углерода с образованием небольших включений цементита, но при температуре, близкой к 250^оС, она прекращается и аустенит превращается в низкоуглеродистый мартенсит.

3. Мартенситное превращение происходит при охлаждении со скоростью более 200^оС/сек в интервале температур ниже 250^оС. Диффузия атомов углерода при таких низких температурах невозможна, поэтому аустенит превращается в мартенсит – пересыщенный твёрдый раствор углерода в Fe_α, обладающий максимальной твёрдостью (рис.33).

Рис.33. Структура мартенсита

Любой вид термической обработки включает 3 этапа:

1. нагрев.

2. выдержка

3. охлаждение