Термическая обработка углеродистой стали
Цель термической обработки состоит в нагреве изделия до определенной температуры, выдержке при этой температуре и последующем охлаждении в определенной среде для изменения (улучшения) механических свойств изделия. Изменение свойств сплава, которые создаются в режиме термообработки, должны быть остаточными, иначе в ней не будет никакого смысла.
а б в г
Рис. Графики различных видов термической обработки: а – общая схема; б – отжиг |
|
ІІ рода; в – закалка; |
г – отпуск |
Критические точки диаграммы железо-углерод при нагреве и охлаждении
Процессы термической обработки разделены на две группы:
1.Процессы изменения структуры и свойств за счет нагрева и охлаждения с заданной скоростью.
2.Процессы изменения структуры и свойств стали за счет изменения химического состава поверхностного слоя
Диаграмма распада аустенита
1.Область
перлитного
превращения
2.Область бейнитного превращения
3.Область
мартенситного
превращения
Распад аустенита в перлитной области
•Перлит - крупная ферритно-цементитная смесь,
образующаяся при 650-700°С. Межластинчатое расстояние l0= 1мкм. Твердость НВ=250 кгс/мм2.
Среда охлаждения – печь. Скорость охлаждения – 1 0С/мин.
•Сорбит - мелкая ферритно-цементитная смесь, образующаяся при 600-650°С.
l0=0,3 мкм. Твердость НВ=300-350 кгс/мм2.
Среда охлаждения – спокойный воздух. Скорость охлаждения – 30-50 0С/мин.
•Троостит - еще более мелкая ферритно -цементитная смесь, образующаяся при 600-550°С.
l0= 0,15мкм. Твердость НВ=400-450 кгс/мм2.
Среда охлаждения – минеральное масло. Скорость охлаждения – 100-150 0С/мин.
Структура перлита, сорбита и троостита
Мартенситное превращение
Мартенсит является пересыщенным твердым раствором внедрения углерода в -железе. Мартенсит имеет тетрагональную кристаллическую рещетку. Особенностью мартенситного превращения является его бездиффузицонный характер.
Бейнитное (промежуточное) превращение
Область
Промежуточного превращения между перлитным и Мартенситным называют бейнитным
(от 550 °С до ~300 °С). Бейнит
-это игольчатый троостит.
Бейнит содержит ферритную фазу , частицы цементита и остаточный аустенит.
Дисперсность кристаллов феррита и цементита зависит от температуры превращения:
•до 500 0С l0 = 0,12 мкм
–верхний бейнит;
•до 300 0С l0 = 0,08 мкм
–нижний бейнит. У верхнего бейнита наблюдается плохое сочетание механических свойств – недостаточная прочность при низкой пластичности. У нижнего – высокая прочность при хорошем сочетании с пластичностью и вязкостью. Твердость нижнего бейнита – около 500 кГ/мм2.
Виды термической обработки
Отжиг-это нагрев стали выше или ниже А1 и А3 на 30-50
0С, выдержка до полного растворения и охлаждение в печи. Применяется для повышения пластичности. Структура-перлит.
Нормализация-это нагрев стали выше А3 на 30-50 0С,
выдержка и охлаждение на воздухе, минеральном масле и т.д. Применяется для измельчения зерна. Структура –сорбит, троостит.
Закалка-это нагрев стали выше или ниже А3 на 30-50
0С, выдержка и охлаждение в воде, соляных растворах и т.д. Структура-мартенсит.
Отпуск-нагрев стали ниже А1 , выдержка и охлаждение
в печи, на воздухе, в масле. Структура –мартенсит отпуска, троостит отпуска, сорбит отпуска, перлит отпуска.
Виды отжига
Диффузионный (гомогенизирующий) отжиг – это нагрев стали до 1100-12000С, выдержка до 10-100 ч в зависимости от массы изделия и его химического состава и охлаждение в печи с минимальной скоростью. Применяется для устранения ликвации химической неоднородности. Подвергают, в основном, легированные стали. Основной недостаток – укрупнение зерна, поэтому после этого отжига применяется нормализация.
Рекристаллизационный отжиг – это нагрев стали до 680-700 0С (легированных прутков – до 700-730 0С), выдержка и охлаждение в печи. Он применяется для устранения наклепа холоднокатаных листов из углеродистой стали с 0,1-0,2%С. Процесс протекает за счет образования новых зерен. Время выдержки зависит от толщины сечения. Применяют после холодной деформации, волочения, штамповки.