3.2 Анализ структурных и фазовых превращений протекающих при химико-термической обработке изделия

В исходном состоянии сталь представляет собой смесь фаз феррита и цементита. Затем начинается образо­вание мелких зерен аустенита (рис. 2, а), в которых растворяется цементит. Затем образовавшиеся зерна растут, зарождаются новые мелкие зерна аустенита (рис.2, б, в) и продолжается растворение цементита. Процесс заканчивается заполнением объема бывшего пер­литного зерна зернами аустенита (рис. 2, г).

а) б) в) г)

Рисунок 2- Схема образования аустенитных зерен Превращение перлита в аустенит — процесс кристаллизацион­ного типа и носит диффузионный характер, так как сопровождается перемещением атомов углерода на расстояния больше межатомных. Рост зерна аустенита при нагреве. Образующиеся при нагреве из зерен перлита зерна аустенита получаются мел­кими и называются начальными зернами аустенита. При повышении температуры происходит рост зерен и тем в большей степени, чем выше температура нагрева. Но склон­ность к росту зерен с повышением температуры у сталей различная. Стали, раскисленные в процессе выплавки кремнием и марганцем, обладают склонностью к непрерыв­ному росту зерна с повышением температуры. Такие стали назы­вают наследственно крупнозерни­стыми (рис. 3). Стали, раскислен­ные в процессе выплавки дополни­тельно алюминием, не обнаружи­вают роста зерна при нагреве до значительно более высоких темпе­ратур (900…950 °С). Такие стали называют наследственно мелкозер­нистыми (рис. 3). Благоприятное влияние алюминия объясняется образованием ни­трида алюминия A1N, который в виде мелких включений располага­ется по границам зерен и тормозит их рост. При определенной темпе­ратуре происходит растворение включений в аустените, и зерна начи­нают расти очень быстро. Наследственную зернистость оценивают баллами по специальной шкале зернистости.

Мелко-зернистой (а) и крупнозернистой (б) сталях.

Рисунок 3- Схема роста зерна аустенита

Превращение аустенита в перлит может происходить только при температурах ниже 727° С Для распада аустенита должно быть его переохлаждение.  Образцы стали, нагретые до аустенитного состояния, быстро переносят в ванну с жидкой сре­дой, имеющей температуру ниже 727⁰ С и выдерживают до завер­шения превращения.  Видов термической обработки: собственно терми­ческая обработка - только термическое воздействие на сталь; термомеханическая - сочетание термического воздействия и пластической деформации; химико-термическая - сочетание термического и хими­ческого воздействия. Собственно термическая обработка подразде­ляется на отжиг (первого и второго рода), закалку и отпуск.

а) б)

а) б)

а) до химико-термической обработки. б) после химико- термической обработки.

Рисунок 4- Микроструктура электротехнической стали

3.3 Эксплуатационные и технологические свойства изделий после проведения химико-термической обработки изделия

В электротехнической стали Э4А сочетаются низкая коэрцитивная сила и относительно высокая магнитная проницаемость с хорошими технологическими свойствами. При использовании этой стали для изготовления сердечников и полюсов электромагнитов, она должна иметь высокую проницаемость в средних и сильных магнитных полях, а также высокую индукцию насыщения.

Сталь имеет следующие технологические свойства: Температура Кюри θ = 768^оС, намагниченность насыщения при 20^оС 4πJ_s=2,15 тл (21580 гс), плотность 7,874г/см³, константа магнитной кристаллической анизотропии К=4,2×10⁴дж/м³ (4,2×10⁵ эрг/см³), константа магнитострикции λ_s может изменяться от 5×10^-6 до -6×10⁶.

Эта сталь применяется для изготовления сердечников трансформаторов, дросселей, статоров и роторов динамомашин, различных деталей электромагнитных приборов и аппаратов. Эти изделия работают в переменных магнитных полях, поэтому в них индуцируются вихревые токи. Кроме того,они подвергаются быстрому перемагничиванию. Потери мощности на возбуждение вихревых токов и на перемагничивание снижают к.п.д. машин и поэтому должны быть сведены к минимуму.

Твердость стали после закалки HRC 65….68. После отпуска HRC 70….72.

Отжиг в атмосфере влажного водорода улучшает магнитные свойства стали и предотвращает магнитное старение.

Для предотвращения магнитного старения сталь обрабатываю алюминием, но это приводит к ее удорожанию.