Тема1.8 Термическая обработка.Стали и чугуна.

^{Сущность и цель ТО. -нагрев, выдержка и охлаждение целью изменения внутреннего строения сплава и получения нужных свойств ТО быть представлен графиком в координатах температура — время}

^{ТО подвергаются материалы, обладающие аллотропией или ограниченной растворимостью.}

^{Т емпературы при которых происходят изменения внутреннего строения.называются критическими Для стали определяется по диаграмме железо-цементит в зависимости от содержания углерода,при нагреве А}_с1,^А_с3^{,при охлаждении А}_r1^{, А}_r3^.

^{Основным фактором Т.О.является :скорость охлаждения.,температура нагрева,время нагрева и выдержки.}

Превращения в стали при нагреве

^{О бщее представление о превращениях, которые протекают в стали при нагреве, можно получить из диаграммы состояния Fе—Fе}₃^С

^{Превращение перлита в аустенит начинается с образования зародышей аустенитаи последующего их роста -кристаллизационный процесс. Зародыш аустенита возникает на границе раздела кристаллов феррита и цементита.}

^{Аустенит вначале имеют такую же концентрацию углерода, как и исходная фаза — феррит, так как полиморфное превращение протекает с большей скоростью, чем диффузия углерода. Затем в аустените начинает растворяться вторая фаза перлита — цементит Для выравнивания состава аустенита требуется некоторое время, зависящее от температуры-— чем выше температура, , тем быстрее завершится диффузионный процесс перераспределения углерода в аустените Влияние скорости нагрева на продолжительность превращения характеризуется лучами v}_x ^{и v}₂^{. При меньшей скорости нагрева (луч v}₂^{) превращение П — А произойдет при более низких температурах по сравнению с более быстрым .нагревом (луч v}_t^).

^{С тали различают по склонности к росту зерна аустенита при нагреве. Если зерно аустенита начинает быстро расти даже при незначительном нагреве выше А}_с1^{- наследственно крупнозерни стой; если зерно растет только при большом перегреве- наследственно Склонность к росту аустенитного зерна является плавочной характеристикой.}

^{Различают величину зерна наследственного и действительного. Размер наследственного зерна определяют нагрев образцы до 930 °С Действительная величина зерна — это размер зерна при обычных температурах, полученный после той или иной термической обработки.}

^{Ч ем дисперснее были частицы цементита в перлите,тем больше зародышей аустенита и, следовательно, мельче начальное зерно аустенита.Чем выше скорость нагрева, тем мельче зерно, так как скорость образования зародышей аустенита превышает скорость их роста. с увеличением выдержки при даннойтемпературе и особенно при повышении температуры оно быстро растет ванадий, титан, молибден, вольфрам, алюминий, уменьшают склонность к росту зерна аустенита, а марганец и фосфор увеличивают ее. Как правило, заэвтектоидные стали менее склонны к росту зерна. кипящая сталь обычно бывает наследственно крупнозернистой.При последующем охлаждении зерна аустенита не измельчаются}

Превращение переохлажденного аустенита

^{Изучение процесса превращеные аустенита в перлит проводится при постоянной температуре (в изотермических) и непрерывном охлаждении}

^{1) Превращеные аустенита при постоянной температуреДля изучения изотермического превращения аустенита образцы стали нагревают до аустенита,а затем быстро охлаждают, например до 700, 600, 500, 400, 300°Си т. д., и выдерживают при этих температурах до полного распада аустенита. В результате получают серию кинетических кривых По оси абсцисс откладывают время, по оси ординат — процент превратившегося аустенита. По полученным экспериментальным точкам строят диаграмму изотермического превращения переохлажденного аустенита в координатах t— Ig т ,называют С-образными кривыми.}

^{На диаграмме две.кривые Кривая I указывает время начала превращения, кривая II — время конца превращения переохлажденного аустенита. Период времени до начала распада аустенита называют инкубационным. При 7()0°С превращение аустенита начинается в точке Н}₁ ^{и заканчивается в точке К}_1.

^{В зависимости от степени переохлаждения аустенита различают три температурные области или ступени превращения: перлитную область промежуточного прекращения (промежуточного между перлитным и мартенситным превращением) и мартенситную.}

^{Перлитное превращение. Распад переохлажденного аустенита с образованием перлита носит кристаллизационный характер и по своему механизму является диффузионным. Это следует из того, что аустенит практически однородный по концентрации углерода распадается с образованием феррита (почти чистое железо) и цементита, содержащего 6,67% С, т. е. состоит из фаз, имеющих резко различную концентрацию углерода и структуру.}

^{Зародыши цементита образуются по границах зерен аустенита.}

^{И результате роста частиц прилегающий к нему объем аустенита обедняется углеродом, снижает свою устойчивость и испытывает полиморфное γ → α-превращение. При этом кристаллики феррита зарождаются на границе с цементитом, который облегчает процесс.}

^{Дальнейший рост ферритных пластинок ведет к обогащению окружающего аустенита углеродом, что затрудняет дальнейшее развитие γ → α -превращения. В обогащенном таким образом углеродом аустените зарождаются новые и растут ранее возникшие пластинки цементита (карбидов).}

^{Схема возникновения и роста перлитного зерна: I— аустенит; II— образование зародыша Fе}₃ ^{С на границе зерна аустенита; III — образование пластин феррита; IV— VI — рост и образование новых пластин Fе}₃^{С и феррита; Δ}₀ ^{— меж пластиночное расстояние.}

^{В результате процессов образования и роста частиц карбидов вновь создаются условия для возникновения новых и роста имеющихся кристалликов (пластинок) феррита. Таким образом происходит колониальный (совместный) рост кристалликов феррита и цементита, образующих перлитную колонию}

^{. Чем больше переохлаждение, тем тоньше получающаяся феррито-цементитная Различают-перлит, сорбит и троостит}

^{Чем дисперснее феррито-цементитная структура,тем↑ НВ ,σ}_0,2^{, σ}_-1^{., σ}_в ^{,↓ δ и ψ}

^{Перлит имеет твердость 18—25 НRC.образуется при Тдо}

^{Сорбита, имеет твердость 30—40 НRC.образуется при Тдо}

^{Троостит имеет твердость 40—45 НRC образуется при Тдо}

^{Ниже температуры 550°С происходит . бейнитное превращение При 500—350°С образуется верхний (перистого строения), бейнит при 350—250°С.нижний (пластинчатого, игольчатого строения)Верхний бейнит имеет пониженную прочность, невысокую пластичность и вязкость, твердость его 43—46 HRC, нижнего бейнита показатели прочности, пластичности и вязкости более высокие, твердость 52—55 HRC.}

^{При Т<2500Спроисходит мартенситное превращение. При образовании мартенсита происходит перестройка Fe}_γ^-Fe_α^{. Чтобы мартенситное превращение развивалось, необходимо непрерывно охлаждать сталь ниже точки М}_Н^{. Избыточное количество углерода, находящейся в Fe}_α^{., искажает эту решетку и превращает ее в тетрагональную.Чем больше углерода в стали.,тем болше тетрагональность,.выше твердость. Размеры кристаллов мартенсита определяются размерами исходного зерна аустенита. По достижении определенной температуры (точка М}_к^{) превращение аустенита в мартенсит заканчивается При мартенситном превращении увеличивается объем возникает деформация, появление трещин.}

^{Скорость охлаждения при которой образуется мартенсит называется критической. Температуры в точках М}_н ^{и М}_к ^{зависят от химического состава стали. Углерод и легирующие элементы (за исключением кобальта и алюминия) понижают эти температурыВ стали с 0,6—0,7 % С твердость мартенсита составляет НRС 65, σ}_в^{≈1000 МПа при С ≈0,015 %, а при С ≈0,6—0,8 % С σ}_в^{≈ 2600—2700 МПа. Закаленные стали, содержащие более 0,4 % С, при испытаниях на растяжение разрушаются хрупко.}

^{2) Превращеные аустенита при непрерывном охлаждении}

^{Е сли на диаграмму изотермического распада переохлажденного аустенита нанести кривые охлаждения, то можно проследить превращение аустенита при непрерывном охлаждении. При медленном охлаждении вместе с печью аустенит превратится в перлит. При охлаждении со V≈500/}_с ^{аустенит перейдет в сорбит . При охлаждении со V≈800/}_с ^{аустенит перейдет в троостит . При охлаждении со V≈1000/}_с ^{аустенит перейдет в мартенсит При еще больших скоростях часть аустенита не распадается и называется остаточным. В углеродистых сталях, содержащих более0,5—0,6 % С, или легированных, всегда присутствует остаточный аустенит.}

^{Мартенситное превращение Влияние углерода (α)легирующих элементов(б) на мартенситные точки М} _Н ^{и М}_К^{.элементов}