Розділ IV. ОСНОВИ ТЕРМІЧНОЇ ОБРОБКИ МЕТАЛІВ І СПЛАВІВ

4.1. Загальні положення термічної обробки металів

Властивості металів можна змінити шляхом зміни їх хімічного складу та будови. Навіть незначна зміна, наприклад, вуглець в сталі приводить до відчутних змін її вла- стивостей. Від будови також дуже залежать властивості ме- талу. Зміну хімічного складу металу практично можна здійс- нити тільки коли метал розплавлений. У твердому стані це зробити важко. Будову ж металу можна змінити в твердому стані, тобто в звичайних умовах. Це можна зробити двома шляхами — термічною обробкою та пластичною деформа- цією. Термічна обробка — це технологічні процеси, які вклю- чають нагрівання, витримку та охолодження металічних ви- робів у певній послідовності з метою зміни властивостей. Будь-який процес термічної обробки може бути виражений графіком в координатах температура-час.

t, ^oC

_{витримка}

_{Рис. 14.}

,c

Головними параметрами процесу термічної обробки є температура нагріву металу, час витримки та швидкість охо- лодження.

В основі теорії термічної обробки при нагрівані та охо- лодженні металів і сплавів лежать фазові перетворення. Фа- зові перетворення в сталях при повільному нагріванні та охо- лодженні були розглянуті вище.

45

4.2. Класифікація видів термічної обробки

Класифікація видів термічної обробки була запропоно- вана академіком А. А. Бочваром. Відповідно до цієї класифі- кації всі види термічної обробки розділяють на:

1) власнотермічну обробку;

2) хіміко-термічну обробку;

3) термомеханічну обробку.

У кожному виді термічної обробки виділяють різновид-

ності:

_{ТЕРМІЧНА ОБРОБКА МЕТАЛІВ}

_{Власнотермічна}

_{Хіміко-термічна}

_{Термомеханічна}

Відпал І роду; Відпал ІІ роду; Гартування; Відпуск.

Цементація; Азотування; Ціанування; Дифузійна металізація.

Високотемпе- ратурна; Низькотемпе- ратурна.

При власнотермічній обробці властивості металів та спла-

вів змінюються тільки тепловою обробкою.

При хіміко-термічній обробці крім обробки теплом зміну властивостей металів і сплавів здійснюють зміною хімічного складу їх поверхні. В поверхню металу на певну глибину впро- ваджують атоми хімічних елементів (вуглецю, азоту, інших елементів).

При термомеханічній обробці теж крім обробки теплом додатково проводять обробку поверхні металу чи сплаву, але в даному випадку поверхню наклепують.

46

4.3. Фазові перетворення в сталях при повільному нагріванні та швидкому охолодженні (мартенситні перетворення)

При нормальних умовах у сталі розчиняється незначна кількість вуглецю. Так, у фериті його розчиняється біля

0,005 %, а у перліті — 0,8 %. З підвищенням температури розчинність вуглецю в сталі зростає і при цьому в утворено- му аустеніті вона може досягнути 2,14 %. Це пояснюється тим, що в аустеніті значно зростає відстань між атомами в решітці ГЦК і досягає такої, коли невеликі атоми вуглецю вільно заходять в комірку заліза.

При повільному охолодженні, коли перебудовується ко- мірка ГЦК в ОЦК, вони дифузійно покидають зайняте місце і розчинність вуглецю знову зменшується. Якщо ж сталь охо- лоджувати швидко, то дифузійний процес не встигає відбу- тись, зайняте місце атом покинути не встигає. Тоді в комірці ОЦК виявиться надлишок атомів вуглецю, що приведе до її деформації. Замість кубічної, комірка стане витягнуто-тетра- гональною. Таку комірку прийнято називати мартенситною. Схематичне зображення цього процесу показане на рис. 15.

Рис.15.

Таким чином, при швидкому охолодженні аустеніту ут- ворюється мартенсит — пересичений твердий розчин вугле- цю в ^ -залізі.

Перетворення аустеніту у мартенсит відбувається в пев-

ному інтервалі температур. Починається перетворення при

47

^{температурі} M _n ^{, а закінчується при більш низькій темпера- турі} M _k ^{. Мартенситні точки залежать від складу сталі, а особ-} ливо від вмісту вуглецю (рис. 16).

Рис. 16.

При незначній кількості вуглецю мартенситні перетво- рення майже відсутні, бо незначне збільшення його розчин- ності не змінює комірку до тетрагонального вигляду. При збільшенні вмісту вуглецю температурний інтервал (відстань

^{між точками} M _n

^і M _k ^{) зростає, а точка М наближається до}

осі концентрацій. При вмісті вуглецю близько 0,6 % лінія то-

_{чок M k}

_{перетинає вісь концентрацій, тобто кінець мартен-}

^{ситних перетворень відповідає 0 o}C ^{. Подальше збільшення} вмісту вуглецю приводить до того, що завершення мартен-

ситних перетворень відбувається при від’ємних температу-

рах.

Проте перетворення аустеніту у мартенсит не йде до кінця. В сталях завжди спостерігається залишковий аустеніт. ^{Його кількість збільшується при зниженні точок} M _n ^{. Залиш-} ковий аустеніт є шкідливою домішкою у сталях, особливо в

_{інструментальних.}

48