Лекция 6. Основы термической обработки сталей и сплавов.

Стали, двухфазные алюминиевые бронзы, сплавы на основе титана претерпевают эвтектоидное превращение. Теоретической основой термической обработки таких сплавов являются следующие превращения при нагреве и охлаждении относительно критических точек:

- превращение при нагреве до температуры аустенитного состояния;

- фазовая перекристаллизация ;

- превращение аустенита при охлаждении;

- превращения при охлаждении закаленной стали.

Нижняя критическая точка А₁ у всех сталей и чугунов лежит на линии PSK, верхняя критическая точка А₃ располагается на линии GSE диаграммы состояния Fe-Fe₃C.

Положение критических точек реальных сталей в зависимости от скорости изменения температуры может смещаться вверх при нагреве и вниз при охлаждении относительно их равновесных значений. Поэтому критические точки при нагреве стали обозначают А_с1 и А_с3, а при охлаждении А_r1 и А_r3.

Превращения в стали при нагреве

Таким образом при нагреве стали выше А_с1 происходит превращение обратное эвтектоидному:

ПА, или (+Fe₃C).

В интервале температур А_с1 - А_с3 происходит постепенное превращение (растворение) избыточных фаз феррита или цементита в аустените:

ФеА или ЦА, т.е.  или Fe₃C  и выше температуры А_с3 сталь находится в аустенитном состоянии.

П ерегрев стали выше нормальной температуры объемной закалки допускается только при высокоскоростных способах нагрева, например, токами высокой частоты.

После завершения ПА превращения вновь образовав-шийся аустенит химически неоднороден. Он будет высокоуглеродистым там, где в исходном перлите была цементитная пластинка и низкоуглеродистым в том месте, где до превращения был феррит. Чтобы выровнять аустенит по составу необходимы перегрев и выдержка при температуре аустенитизации.

Поэтому если термообработка предусматривает аустенитизацию, то температура нагрева выбирается из расчета: Т_н = А_с3 + 30…50 С.

Превращение ПА происходит путем зарождения зерен аустенита на границах зерен перлита. Затем зерна аустенита растут вначале за счет превращения ПА, а после завершения превращения идет укрупнение зерен путем собирательной рекристаллизации, т.е. зерна растут посредством поглощения более мелких зерен. Собирательная рекристаллизация и рост зерна аустенита идет тем интенсивнее, чем выше температура перегрева над критической точкой А_с3.

С тали с крупнозернис-той структурой обладают низкими прочностными свойствами, поэтому значи-тельный рост зерна при нагреве нужно предотвра-щать.

Кроме регламентиро-вания температуры перегрева стали над А_с3 применяют специальное легирование, в результате которого получают наследственно мелкозернистые стали, у которых интенсивный рост зерна начинается при более высоких температурах перегрева, тогда как у наследственно крупнозернистых сталей рост зерна начинается при температуре чуть выше А_с3.

Различают следующие виды зерна аустенита:

-начальное зерно, образовавшееся при ПА и еще не претерпевшее рост. Размер его тем меньше, чем мельче зерна исходного перлита, на границах которого зарождается аустенит;

- наследственное зерно, под которым следует понимать склонность образовавшегося зерна к росту;

- действительное зерно – размер зерна аустенита, полученный в данном сплаве и в данных условиях перегрева.

Из мелкозернистого аустенита при последующем резком охлаждении или с умеренной скоростью в результате превращений АМ или АП получают мелкоигольчатый мартенсит или мелкозернистый перлит, обеспечивающие наилучший комплекс прочностных свойств. Иными словами, именно действительное зерно аустенита определяет свойства стали после термообработки, а начальное и наследственное зерно определяют условия получения мелкого действительного зерна.