Тема 5: основы технологии термической и химико-термической обработки стали

Цель лекции: усвоить материал по читаемой теме, знать виды ТО и ХТО, их цели и назначение .

Виды термической обработки. Превращения в стали.

Термической обработкой называют процессы, связанные с нагревом и охлаждением металла, находящегося в твердом состоянии, с целью изменения структуры и свойств без изменения его химического состава. Термическую обработку характеризуют основные параметры: нагрев до определенной температуры, выдержка при этой температуре, скорость нагрева и ско-рость охлаждепия (рис. 1).

Рис. 1. График термической обработки стали

В зависимости от температурных режимов термическая обработка подразделяется на следующие виды: отжиг, нормализация, закалка, отпуск, химикотермическая обработка (ХТО), термомеханическая обработка (ТМО).

В звисимости от склонности к росту аустеиитного зерна при нагреве стали бывают мелко- или крушюзернистыми. Мелкозернистые стали в интервале температур нагрева 950...1000 °С почти не изменяют величину зерна. У крупнозернистых сталей рост зерна начинается сразу же после перехода через критическую точку. Отсюда вытекает необходимость строгого соблюдения тех-нологических режимов термической обработки, оказывающих решающее влияние на качество изделий.

Возможность упрочнения сталей путем термической обработки обусловлена наличием аллотропических превращений в твердом состоянии. Охлаждая аустенит с различными скоростями и вызывая тем самым различную степень переохлаждения, можно получить продукты распада аустенита, резко отличающиеся по строению и свойствам.

Наглядное представление о превращениях переохлажденного аустенита можно получить из диа-граммы его изотермического пре-вращения (рис. 2).

Кривая 1 графика соответствует началу распада аустенита при различных степенях переохлажде-ния; левее ее находится переохлажденный аустенит (область А).

Рис. 2. Диаграмма изо-

термического превраще-

ния аустеиита

Кривая 2 показывает окончание процесса распада аустенита на ферритоцементитную смесь (область П).

Горизонталыіая прямая М_Н характеризует начало, а прямая М_к — конец бездиффузионного превращения аустенита в мартенсит.

На диаграмме показаны кривые скоростей охлаждения стали. Малая скорость охлаждения ν₁ приводит к обазованию грубой смеси феррита и цементита, п е р л и т а с твердостью НRС 10. Чем больше скорость охлаждения, тем более мелкодисперсная образующаяся феррито-цементитная смесь.

Сорбит (первая закалочная структура), получающийся при скорости охлаждения стали ν₂ , представляет собой смесь феррита и цементита; он отличается от перлита более тонкодисперсным строением, твердость сорбита НRС 20. Стали с сорбитной структурой износостойкости, используются для изготовления нагруженных изделий.

Троостит (вторая закалочная структура) получается при скорости охлаждения ν₃ в результате распада 26ереохлажденного аустенита при 500-550 °С, обладает значительной упругостью; представляет собой тонкодиспкерсную смесь феррита и цементита. Твердость троостита составляет НRС 30.

Сталь со структурой троостита отличается высокими значениями прочности и упругости. Ее используют, главным образом, для изготовления пружин и рессор.

Превращения аустенита в мартенсит происходит при очень быстром охлаждении (ν₅ › ν_кр) . При этом фиксируется типичная для мартенсита игольчатая структура. Он представляет собой пересыщенный твердый раствор углерода в α-железе. Мартенсит – твердая и хрупкая структура; твердость его составляет НRС 62…66.

При скорости охлаждения ν₄ структура стали сосотоит из троостита и мартенсита.