46. Понятие термической обработки

Термической обработкой называют технологи-

ческие процессы теплового воздействия, состоящие

из нагрева, выдержки и охлаждения металлических

изделий по определенным режимам с целью измене-

ния структуры и свойств сплава.

Любой процесс термической обработки может быть

описан графиком в координатах «температура — вре-

мя». Параметрами процесса термической обработки

являются: 1) максимальная температура нагрева

(tmax) сплава; 2) время выдержки (max) сплава при

температуре нагрева; 3) скорость нагрева (vн) и ох-

лаждения (vо).

В основе теории термической обработки лежат фа-

зовые и структурные превращения, протекающие

при нагреве и охлаждении металлов и сплавов. Эти

превращения характеризуются определенными крити-

ческими точками. При медленном нагреве от комнат-

ной температуры до 727°С в сплаве I фазовых измене-

ний не происходит (см. рис. в вопросе 47).

При температуре 727°С перлит превращается в

аустенит (точка а). Точку а на диаграмме называют

нижней критической точкой и обозначают Aс1 (при

охлаждении — Аr1). Буквы c и r указывают на то, что

превращение происходит соответственно при нагре-

ве или охлаждении стали, а индекс единица внизу

этих букв — на точки, образующие линию PSK. При

дальнейшем нагреве сплава I зерна феррита раство-

ряются в аустените. Растворение аустенита заканчи-

вается в точке а (линия GS), которую называют верх-

ней критической точкой и обозначают при нагреве

Ас3, охлаждении — Аr3.

Если нагревать эвтектоидный сплав II, то перлит в

точке S (линия PSK) при 727°С превращается в аусте-

нит. Критические точки Ac1 и Ас3 при этом совпадают.

Перлит сплава III при 727°С превращается в аустенит

(точка b).

Дальнейший нагрев сплава III вызывает растворе-

ние цементита (вторичного) в аустените. В точке b1,

лежащей на линии SE, процесс растворения заканчи-

вается. Эту точку обозначают Аcm. Таким образом, на

диаграмме «железо — цементит» критические точки,

образующие линию PSK, обозначают Ac1 (при нагре-

ве) и Ar1 (при охлаждении), точки по линии GS — Ас3 и

Аr3, по линии SE — Acm.

47. Превращения в стали п ри нагреве

Нагрев стали при термической обработке использу-

ют для получения аустенита.

Структура доэвтектоидной стали при нагреве ее до

нижней критической точки при охлаждении (Ас1) со-

стоит из зерен перлита и феррита (см. рисунок). В точ-

ке Ас1 происходит превращение перлита в мелкозер-

нистый аустенит. Образовавшийся аустенит неодно-

роден даже в объеме одного зерна. В тех местах, где

раньше были пластинки цементита, содержание угле-

рода значительно больше, чем в тех местах, где нахо-

дились пластинки феррита. Для выравнивания хими-

ческого состава и получения однородного аустенита

доэвтектоидную сталь нагревают немного выше верх-

ней критической точки Ас3 и выдерживают некоторое

время при этой температуре для завершения диффу-

зионных процессов. По окончании процесса превра-

щения перлита в аустенит образуется большое коли-

чество мелких аустенитных зерен. Эти зерна называ-

ют начальными зернами аустенита.

Дальнейший нагрев стали или увеличение выдерж-

ки приводят к росту аустенитного зерна. Зерно, полу-

ченное в стали в результате той или иной термичес-

кой обработки, называют действительным зерном.

Но склонность к росту аустенитных зерен с повы-

шением температуры нагрева различна. Стали, рас-

кисленные в процессе плавки кремнием и марганцем,

обладают большой склонностью к непрерывному

росту зерен аустенита при повышении температуры.

Такие стали называют наследственно крупнозер-

нистыми. К ним относят кипящие стали.

От размера действительного зерна зависят меха-

нические свойства стали, главным образом удар-

ная вязкость. Она значительно понижается с увеличе-

нием размера зерна. Размер действительного зерна

стали зависит от размера зерна аустенита. Размер

наследственного зерна оказывает влияние на техно-

логические свойства стали. Если сталь наследствен-

но мелкозернистая, то ее можно нагревать до более

высокой температуры. Горячую обработку давлени-

ем — прокатку, ковку, объемную штамповку наследственно

мелкозернистой стали — начинают и оканчи-

вают при более высокой температуре, не опасаясь

получения крупнозернистой структуры. Для опреде-

ления размера наследственного (аустенитного) зер-

на применяют различные методы.