Продукти розпаду аустеніту

Перетворення, що відбуваються у сталях під час нагрівання

Теорія термічної обробки сталі

Термічною обробкою сталі називають процес її нагріван­ня до визначеної температури, витримування при цій темпера­турі і подальше охолодження із заданою швидкістю з метою зміни структури та властивостей у бажаному напрямі.

Термічно обробляють заготовки, отримані відливанням, куванням, прокатуванням, волочінням або пресуванням, зварні вироби, деталі машин та інструменти різного призначення. Тер­мічну обробку застосовують або як проміжну операцію для по­ліпшення технологічних властивостей (оброблюваності тиском чи різанням), або як прикінцеву технологічну операцію для досягнення певних експлуатаційних властивостей матеріалу.

На результат термообробки впливають швидкість (час) нагрівання, температура нагрівання, тривалість (час) витримування при цій температурі та швидкість (час) охолодження, тобто основними факторами є час і температура.

Якщо нагрівати дуже повільно, то всі фазові перетворення у вуглецевих сталях описує ліва частина діаграми залізо-вуглець. Критичні темпера­тури цих перетворень позначають буквою А з певними індексами. Зокрема, температуру лінії РSК позначають через А₁, тем­ператури лінії GS — через А₃, а температури лінії SЕ — через А_ст. До цих позначень додають індекс с в разі охолоджен­ня або індекс r — при нагріванні, наприклад: Аc₁, Ас_ст, Аr₃. Відхилення від рівноважних умов спричинює тепловий гістерезис, тобто розбіжність критичних температур нагрівання та охолодження.

Структура доевтектоїдної сталі при невисокій температурі — ферит і перліт. При температурі А_С1 (лінія РSК) перліт перетворюється в аустеніт. Вище від цієї лінії буде двофазова структура: ферит + аустеніт. В інтервалі температур Ас₁ … Ас₃ ферит поступово розчиняється у аустеніті і при Ас₃ зовсім зникає.

В евтектоїдній сталі структура перліту зберігається до температури Ас₁, при якій перліт повністю перетворюється в аустеніт.

У заевтектоїдній сталі з перлітно-цементитною структурою при температурі Ас₁ перліт перетворюється в аустеніт, а в про­міжку температур Ас₁ … Ас_ст вторинний цементит поступово роз­чиняється в аустеніті.

Отже, в результаті описаних перетворень у сталях форму­ється однофазова аустенітна структура, яка займає частину діа­грами вище лінії GSЕ аж до лінії солідус.

У виробничих нерівноважних умовах нагріван­ня температура пере­творення перліту в аустеніт дещо перевищує Ас₁ залежно від швидкості охолодження.

Під час повільного охолодження сталі по лінії PSK відбувається розпад аустеніту з утворенням фериту та цементиту в результаті дифузії вуглецю та заліза.

Утворення перліту завершується при температурі 650⁰. Пластинки перліту мають розмір 0,6…1,0 мкм. Твердість перліту 180…250 НВ.

При розпаді аустеніту в інтервалі температур 650…600⁰ утворюється більш дрібнозерниста феритно-цементитна суміш з розміром зерен 0,25…0,3 мкм. Такий дисперсний перліт називають сорбітом. Сорбіт має твердість 250…350 НВ.

При подальшому збільшенні швидкості охолодження в інтервалі температур 600…550⁰ утворюється феритно-цементитна суміш з розміром зерен 0,1…0,15 мкм. Таку структуру називають троостит. Твердість 350…450 НВ.

Перліт, сорбіт та троостит є двофазовими пластинчастими (іноді зернистими) структурами з різним ступенем дисперсності. Зі збільшенням дисперсності збільшується твердість сталі.

Зі зниженням температури розпад аустеніту сповільнюється, а при температурах нижче 500⁰ припиняється зовсім.

При різкому переохолодженні сталі відбувається тільки поліморфне перетворення γ – заліза в α – залізо без виділення вуглецю з твердого розчину. Такий пересичений твердий розчин вуглецю в α – залізі називають мартенситом. Це основна структура загартованої сталі голчастої форми розміром 0,1…0,001 мкм з твердістю до 60…65 НRС.

Температура початку та кінця мартенситного перетворення залежить від концентрації вуглецю і легувальних елементів у сталі. Що більша концентрація вуглецю, то нижчий інтервал мартенситного перетворення. В сталях з вмістом вуглецю понад 0,5 % мартенситне перетворення зсувається в зону мінусових температур. Всі легувальні елементи, крім кобальту і алюмінію знижують інтервал температур мартенситного перетворення.

Атоми вуглецю сильно деформують решітку α – заліза, збільшуючи міжатомні відстані. Це веде до збільшення об’єму та виникнення внутрішніх напружень.

Так як зі зниженням температури розпад аустеніту сповільнюється, то при швидкому охолодженні сталі в структурі залишається певна кількість не перетвореного аустеніту, який називають залишковим аустенітом. Залишковий аустеніт, кількість якого зростає зі збільшенням вмісту вуглецю у сталі, спричиняє неоднорідність властивостей загартованої сталі.

Дата добавления: 2014-01-04