Лекция 7. Теория термической обработки

7.1. Сущность термообработки

Термическая обработка – это процессы теплового воздействия на металл с целью изменения его структуры и свойств.

При определении режимов термообработки углеродистых сталей большое значение имеют температуры некоторых фазовых превращений (критические точки), представленных на диаграмме состояния .

Нижняя критическая точка, соответствующая обратимому превращению аустенита в перлит при охлаждении (линия ), обозначается. Верхняя критическая точка, соответствующая началу выделения из аустенита феррита (цементита) при охлаждении - линия(), обозначается().

К обозначению критической точки при нагреве приписывают букву с (), при охлаждении – буквуr ().

Любой технологический процесс термообработки стали состоит из определенных комбинаций следующих четырех превращений, протекающих при:

1. нагреве ();

2. медленном охлаждении ();

3. быстром охлаждении - закалке ();

4. нагреве закаленной стали – отпуске ().

Изменение температуры в ходе термообработки изменяет устойчивость фаз, вызывая фазовые превращения. Помимо этого повышение (понижение) температуры повышает (понижает) скорость диффузионных процессов, которыми сопровождается образование или распад фаз.

7.2. Превращение перлита в аустенит при нагреве

Оно заключается в образовании зародышей аустенитной фазы и их последующем росте. После полного превращения перлита в аустенит необходимо дополнительное время для выравнивания концентрации углерода в различных областях кристаллов.

Размер зерна аустенита увеличивается с ростом температуры нагрева, причем это свойство для наследственно крупнозернистых сталей (раскисленных и) выражено в большей, а длянаследственно мелкозернистых сталей (раскисленных ,и) – в меньшей степени. Соответственно, наследственно мелкозернистые стали при термообработке менее чувствительны к перегревам.

Стали с крупным зерном обладают пониженной ударной вязкостью, повышенным температурным порогом хладноломкости, однако несколько большей жаропрочностью.

7.3. Превращения аустенита при охлаждении

При относительно невысоких скоростях охлаждения происходит превращение аустенита в перлитные структуры. При этом решетка ГЦК перестраивается в ОЦК, а избыточный углерод выделяется в виде кристаллов цементита.

Это превращение протекает в области температур . Чем больше степень переохлаждения, тем выше степень дисперсности получаемой структуры. Различаютперлит (размер пластинок ),сорбит () итростит ().

С увеличением дисперсности растет прочность и твердость сталей, но снижается ударная вязкость и пластичность. Лучшим сочетанием механических свойств для работы в условиях динамических нагрузок обладают сорбитные стали.

Если скорость охлаждения аустенита превышает критическую и аустенит переохлаждается ниже , то диффузионные процессы подавляются и избыточный углерод остается в ОЦК-кристаллической решетке. Пересыщенный твердый раствор углерода вс той же концентрацией углерода, что и в исходном аустените, называетсямартенситом. Наличие в кристаллической решетке избыточного углерода вызывает ее искажения, дробление блоков, фазовый наклеп и большие микронапряжения.

Вследствие этого мартенсит имеет низкую пластичность и высокую твердость. Образование мартенсита соответствует закалке. Мартенсит имеет характерную игольчатую структуру.

Интересно, что мартенситное превращение, как правило, не проходит до конца и в структуре стали остается некоторое количество аустенита. Это связано с тем, что температура точки конца мартенситного превращения ниже комнатной; она снижается с увеличением концентрации углерода.

В температурной области образуетсябейнит - структура, занимающая среднее положение между перлитом и мартенситом.

В лабораторных исследованиях проводят как непрерывное охлаждение (погружением образца металла в воду, масло и т.д.), так и изотермическое (помещением образца материала в печь с некоторой постоянной температурой).