Лекція № 25: Теоретичні основи термообробки металів

План

1. Перетворення в сталі під час нагрівання

2. Перетворення в сталі під час охолодження

В основі термічної обробки сталей лежать перетворення, що відбува­ються в них при нагріванні й охолодженні.

Перетворення в сталі під час нагрівання починаються при переході через точку Асі тобто коли перліт перетворюється в аустеніт. Це пере -творення є процесом кристалізаційного типу. Зародження зерен аустеніту починається по краях феритних і цементитних часток перліту: Процес закінчується заповненням об'єму, який мав до цього перлітну структуру, безліччю дрібних зерен аустеніту.

При нагріванні вище від точки Ас-, ферит в доевтектоїдній і цементит в заевтектоїдній сталі розчиняються в аустеніті. Вище точок Асз і Ас_т сталь складається з одного аустеніту.

Дрібні зерна аустеніту, що утворилися спочатку, з підвищенням тем­ператури збільшуються. Особливо інтенсивно вони зростають при тем­пературах, вищих за точки Ас₃ і Ас_т. Явище надмірного укрупнення зерен у сталі називають перегрівом. Перегріта сталь характеризується наявні­стю великих зерен фериту і перліту, іноді феритні виділення мають ви­гляд голок - така структура називається відманштеттовою. Нагрівання сталі до температур, близьких до лінії солідус, супроводжується оплавлен­ням і окисленням меж зерен, настає так зване перепалювання.

Перетворення в сталі під час охолодження. Якщо сталь охолоджувати дуже повільно, то в ній утворюються рівноважні структури відповідно до діаграми стану залізовуглецевих сплавів. Аустенітно-перлітне перетво­рення при цьому відбувається при температурі 727 °С (точка Аг і). Почи­нається воно формуванням зародків перліту, тобто також належить до процесів кристалізаційного типу. При цьому з дрібних зерен аустеніту утворюються дрібні зерна перліту, а з великих зерен аустеніту перегрітої сталі - великі зерна перліту. Сталь з крупнозернистою структурою має погані механічні властивості й особливо малу ударну в'язкість.

Збільшення швидкості охолодження сприяє зниженню критичної точки Аг-і тобто приводить до переохолодження аустеніту до температури, ни­жчої за 727 °С. Внаслідок цього утворюються нерівноважні (метастабільні) структури і сталь набуває інших властивостей.

Кінетику розпадання аустеніту показує діаграма ізотермічного його перетворення, тобто перетворення при сталій температурі. Дві С-подібні криві на діаграмі відображають початок і кінець ізотермічного перетворен­ня аустеніту при різних температурах. Це перетворення починається че­рез деякий проміжок часу, що визначається ступенем його пе­реохолодження. Спочатку цей період зменшується до деякого критичного

значення х, а потім знову збільшується.

Якщо сталь охолоджується з малою швидкістю ^ то аустеніт пере­охолоджується мало і розпадається з утворенням рівноважної перлітної структури твердістю 150 НВ.

Збільшення швидкості охолодження до ч₂ спричинює більше пе­реохолодження аустеніту і утворення феритно - цементитної суміші більш дисперсної, ніж перліт, - сорбіту твердістю 250...300 НВ.

При швидкості у₃ аустеніт розпадається з утворенням найдріб-ніших часточок фериту і цементиту. Така структура називається тро­ститом; твердість її становить 350...400 НВ.

Зі збільшенням швидкості охолодження до у₄, у₆ аустеніт переохоло­джується до точки М_п і частково перетворюється в мартенсит. Тем­пература мартенситного перетворення М_п не залежить від швидкості охо­лодження. Для евтектоїдної вуглецевої сталі вона становить 240 °С.

Аустенітно-мартенситне перетворення супроводжується тільки пе­регрупуванням атомів з у- в а-решітку. При цьому весь вуглець залиша­ється в а-решітці, утворюючи перенасичений твердий розчин в а -залізі -мартенсит. Унаслідок великого викривлення кристалічної решітки твердість мартенситу досягає 600...650 НВ, але ударна в'язкість знижується приблиз­но до 0,1 МДж/м².

Мінімальна швидкість охолодження, при якій у сталі відбувається мар-тенситне перетворення, називається критичною швидкістю охолодження. У випадку, що розглядається, такою швидкістю є у*

Аустеніт перетворюється на мартенсит в інтервалі температур точок М_п і М_к. Для евтектоїдної вуглецевої сталі точка М_к відповідає тем­пературі мінус 50 °С, тому при охолодженні до кімнатної температури аус­тенітно-мартенситне перетворення в цій сталі повністю не завершується і в її структурі поряд із мартенситом є аустеніт, що не розпався. Такий ау­стеніт називають залишковим.

У вуглецевих сталях масова частка залишкового аустеніту 3...10%, у легованих досягає десятків процентів. Оскільки залишковий аустеніт зна­чно м'якший за мартенсит, то він зменшує твердість загартованої сталі. Тому для збільшення мартенситного перетворення сталь з великим вміс­том залишкового аустеніту після гартування додатково обробляють хо­лодом, тобто охолоджують до температури, нижчої за точку М_к.

Розташування точок М_п і М_к визначається хімічним складом сталі і від швидкості охолодження не залежить.

Питання для самоконтролю

1. Як змінюється розмір зерна при нагріві сталі?

2. Що називається перегрівом?

3. Що називається перепалюванням?

4. Що таке сорбіт?

5. Що таке троостит?

6. Що таке мартенсит?

7. Що називається критичною швидкістю охолодження?

8. Які властивості мартенситу?

9. Яка структура утворюється при охолодженні із швидкістю
більш ніж критична швидкість охолодження?

10. Яка структура утворюється, якщо М_к знаходиться нижче 0°С

Дата добавления: 2015-06-25