Технологія термічної обробки

Мал.30

Збільшення швидкості охолодження від V₁ до V_kp викликає зниження температури перлітного перетворення. При безупинному охолодженні воно розвивається в інтервалі температур (мал. 30/а точки 1-2). Лише при дуже повільному охолодженні воно відбудеться при постійній температурі Ar₁. Нерівновісні температури початку перлітного перетворення, на відміну від рівноважної температури Ar₁ ,прийнято позначати Ar ^'. Видно (мал. 30/б), що при збільшенні V_охл зростає дисперсність перлітних структур, що утворюються: перліт заповнюється сорбітом і потім трооститом. При швидкостях охолодження, більших V_kp, аустеніт переохолоджується до температури М_н , починаючи з якої відбувається мартенситне перетворення, тобто протікає бездифузійний процес розпаду А з утворенням однієї нерівноважної структури - мартенситу. При цьому хімічний склад мартенситу не відрізняється від складу вихідного аустеніту. Міn V_охл при якій у структурі сталі утвориться мартенсит називають критичною швидкістю гартування.. При мартенситному перетворенні відбувається перехід Fе_γ у Fе_α. Мартенсит є упорядкованим пересиченим розчином включення вуглецю в α - залізо і має тетрагональну гратку (с/а=І+0, 046 % С в аустеніті). Атоми вуглецю займають октаедричні пори уздовж осі (00I) у ґратках a-заліза і дуже її спотворюють.

Мартенсит гартування має характерну голчасту будову. Голки розташовані паралельно одна одній і перетинаються під кутом 60° чи 120°, що є результатом орієнтування їх по визначених площинах у гратці відносно аустеніта (А). Мартенситне перетворення в сталях відбувається в інтервалі температур (М_к температура кінця перетворення). Кожній температурі в цьому інтервалі відповідає певна частка аустеніту, що розпався. Щоб перетворення відбулося з найбільшою повнотою, потрібно провести охолодження аж до температури Мк.

Температури Мн і Мк залежать від багатьох факторів (однорідність аустеніта (А), розмір зерна), але визначальним є хімічний склад аустеніта (А). Зі збільшенням вмісту вуглецю в аустеніті (А) температурний інтервал перетворення зміщується убік більш низьких температур.

При вмісті С=0,5%, температура Мк стає рівною кімнатній. Якщо сталь зі вмістом С великим 0,5% охолоджена до кімнатної температури, то збереглася деяка частина аустеніту (А), який не розпався. Не перетворений аустеніт (А), що міститься в структурі Мал. 31

гартованої сталі, називають залишковим. 1-3% залишкового аустеніту (А) зберігається й у сталях, температура Мк яких вище кімнатної, що пов'язують з появою значних стискаючих напруг, які виникають унаслідок збільшення об’єму при переході ґратки з ГЦК в ОЦК. Переважна більшість

легуючих елементів знижують температури

Мн і Мк. Збереження вуглецю у твердому розчині при мартенситному перетворенні викликає викривлення ґратки Fеa, яке збільшується з підвищенням вмісту вуглецю в аустеніті (А). Мартенсит має дуже високу твердість, рівну чи перевищуючу НRC 60 при вмісті C > 0,4%. Мартенситне перетворення в сталях супроводжується помітним збільшенням об'єму. Vкр - найважливіша технологічна характеристика сталі. Вона визначає вибір охолоджуючих середовищ при отриманні мартенситу (М), найтвердішої структури сталі. Легуючі елементи, які збільшують стійкість переохолодженого аустеніту, зменшують критичну швидкість охолодження.

3. Нагрівання гартованих сталей до температур нижче точки А називають відпуском. У результаті гартування частіше усього одержують структуру тетрагонального мартенситу з деякою кількістю залишкового аустеніту (А).

При відпуску відбувається кілька процесів: основний - розпад мартенситу, який складається із виділення вуглецю у вигляді карбідів, крім того, розпадається залишковий аустеніт (А), відбувається карбідне перетворення і коагуляція карбідів, зменшуються недосконалості кристалічної будови a - твердого розчину, зменшуються залишкові напруження. Для вивчення перетворень, що протікають у сталі при відпуску застосовують в основному рентгенографічний, металографічний і дилатометричний методи дослідження. Ці методи дозволили визначити, що при відпуску гартованої сталі, протікають чотири перетворення. Перше перетворення відбувається при нагріванні гартованої сталі до Т=80200 °С. Воно полягає в переході мартенситу з тетрагональною граткою у відпущений мартенсит, з майже кубічною ґраткою. При цьому співвідношення параметрів ґратки (с/а) наближається до одиниці. Тетрагоналність мартенситу (М) обумовлена однією причиною - розчиненням вуглецю, тому зменшення тетрагональності пояснюється виділенням вуглецю із розчину. Високовуглецевою фазою, що виділяється з розчину, є надзвичайно тонкі (товщиною з кілька атомних шарів)

пластинки карбіду, когерентно зв'язані з твердим розчином. Це e-карбід з гексагональними ґратками і формулою близькою до Fe₂C. У результаті першого перетворення виходить відпущений мартенсит (М), що є гетерогенною сумішшю пересиченого a- розчину і ще не відокремлених часток карбіду.

При температурах 200-300 °С (друге перетворення) залишковий аустеніт(А) перетворюється в гетерогенну суміш, що складається з пересиченого a-розчину і карбіду, тобто у відпущений мартенсит (М). При температурах 300÷400 °С з a- твердого розчину, що містить ще 0,15÷0,2%С, виділяється вуглець, карбіди відокремлюються з утворенням цементиту (Fе₃С), відбувається зняття внутрішніх напружень, що виникли в результаті попередніх перетворень, які супроводжувалися об'ємними змінами. До моменту закінчення третього перетворення при відпуску (400°С) сталь складається з ферита і цементиту. Подальше підвищення температури призводить до коагуляції часток ферита (Ф) і цементита (Ц). Цей процес починається при низьких температурах відпуску (150°С), але з найбільшою інтенсивністю протікає вище 400°С (4 перетворення при відпуску). Зазначені температурні інтервали відносяться до відпуску вуглецевої сталі при повільному нагріванні. При швидкому нагріванні температура цих перетворень зміщується вгору по температурній шкалі. Усі процеси перетворення відбуваються у середині мартенситних пластин, а тому голчастий характер будови зберігається до високих температур відпуску (500°С). При відпуску вище 400°С утвориться суміш ферита (Ф) і цементита (Ц), тому утворені структури мають ті ж назви, що і отриманні в результаті прямого розпаду аустеніта (А) на ферит (Ф) і цементит (Ц). Сталь відпущена при 350500°С має структуру троостита відпуску, при 500650°С -сорбіту відпуску. Ці структури розрізняють по твердості і ступеню дисперсності цементитних часток. При високих температурах відбуваються зміни структури, не пов'язані з фазовими перетвореннями: змінюється форма і розмір карбідів і структура ферита. При цьому кристали цементита (Ц) збільшуються, а форма їх поступово наближається до сфероїдальної. Усуваються межі між пластинчастими кристалами ферита (Ф), зерна ферита (Ф) збільшуються і їхня форма наближається до рівновісної, що позитивно позначається на підвищенні пластичності і в'язкості відпущених сталей. Після відпуску при температурах, близьких до температури А₁, утвориться груба Ф-карбідна суміш (зернистий перліт). Для гартованої і не відпущеної сталі характерні низькі значення межі пружності і границі текучості. При відпуску до 300°С ці характеристики міцності зростають; при подальшому підвищенні температури відпуску s_y і s_т , монотонно знижуються. Характеристики пластичності d і y зростають у міру підвищення температури відпуску. Ударна в'язкість безпосередньо після гартування низька. З підвищенням температури відпуску в’язкість збільшується. Однойменні структури гартування і відпуску (троостіта (Т), сорбіта (С)) при рівній твердості мають практично однакову межу міцності, але істотно відрізняються по межі текучості, пластичності і в’язкості. Структури, отриманні при відпуску, мають кращий комплекс механічних властивостей: більш висока межа текучості при одночасно більш високій пластичності. Розходження у властивостях пояснюється особливостями структури: Ф-Ц суміші, що утворилися в результаті розпаду А, мають пластинчасту будову, тоді як структури, отримані при відпуску М складаються з Ф, що зберегли певну частку фазового наклепу і глобулярних карбідів. Фізичні властивості сталей при відпуску змінюються в напрямку зворотному в порівнянні з гартуванням.

План:

Дата добавления: 2014-01-07