Превращения в стали при охлаждении. Диаграмма изотермического превращения аустенита.
Изотермическое превращение аустенита - это превращение переохлаждённого
аустенита при постоянной температуре.
Превращение аустенита в перлит заключается в распаде аустенита - твёрдого раствора углерода в γ-железе, на почти чистое α-железо и цементит.
Реакция изотермического превращения аустенита: Feγ(C) → Feα + Fe3C (Цементит)
При температуре равновесия A1 превращение аустенита в перлит невозможно, так как при этой температуре свободные энергии исходного аустенита и конечного перлита равны. Превращение может начаться лишь при некотором переохлаждении.
На рисунке показано время превращения аустенита в перлит в зависимости от степени переохлаждения, т.е. превращение переохлаждённого аустенита при постоянной температуре. Поэтому такие диаграммы обычно называют диаграммами изотермического превращения аустенита. Кривые на диаграмме изотермического превращения аустенита имеют вид буквы С, поэтому их часто называют С-образными или просто С-кривыми. Горизонтальная линия M показывает температуру начала бездиффузного мартенситного превращения.
Свойства и строение продуктов превращения аустенита зависят от температуры, при которой происходил процесс его распада. Связь между характером изотермического превращения аустенита, содержанием углерода и температурой показывает обобщённая диаграмма превращения переохлаждённого аустенита в углеродистой стали.
В зависимости от содержания углерода и степени переохлаждения мы имеем такие области превращений аустенита:
I - превращение аустенит → перлит;
II - предварительное выделение феррита и затем превращение аустенит → перлит;
III - предварительное выделение цементита и затем превращение аустенит → перлит;
IV - превращение аустенит → бейнит;
V - превращение аустенит → мартенсит и распад остаточного аустенита с образованием бейнита;
VI - превращение аустенит → мартенсит;
VII - переохлаждённый аустенит сохраняется без превращения.
После рассмотрения процесса превращения аустенита при постоянной температуре и разных степенях переохлаждения можно перейти к рассмотрению процесса распада аустенита при непрерывном охлаждении, когда сталь, нагретая до аустенитного состояния, охлаждается с разной скоростью.
Диаграмма изотермического распада аустенита строится в координатах температура-время; в этих же координатах изображаются и кривые охлаждения.
Для более точной оценки превращений, совершающихся при непрерывно меняющейся температуре, пользуются так называемыми теркмокинетическими илианизотермическими диаграммами превращений аустенита, диаграммами, характеризующими превращение аустенита при различных скоростях охлаждения.
Хотя диаграммы изотермического превращения аустенита дают много сведений о характере превращений, на практике изотермичность превращения достигается далеко не всегда.
Для полной информации о превращении аустенита той или иной марки стали необходимы как диаграммы изотермического превращения аустенита, так и анизотермического превращения, а также ряд дополнительных сведений: марка и состав стали, температура нагрева, размер зерна аустенита, а также свойства (хотя бы твёрдость) продуктов распада и соотношение структурных составляющих.
1.8 термическая обработка стали. Полный отжиг. Режимы. Область применения.
Отжиг-это вид термической обработки, заключается в нагреве выше/ниже критической температуры, выдержки при этой температуре( от мин до часов)и последующему медленному охлаждению в печи. на практике изделие охлаждают в печи до 300-400, далее на воздухе.
цель: снижение внешних напряжений, измельчение структуры, снижение прочности, твердости, повышение пластичной и удавной вязкости.
Режимы: нагрев, выдержка, охлаждение применяется только для доэв сталей.
ТН= Ас3 +30-50
время=1,5-2 мин на 1 мм сечения
среда охлаждения: печь
структура: равновесная, равноосная перлито-феритная.
1.9 термическая обработка стали. Неполный отжиг. Режимы. Область применения.
Цели: повышение однородности хим состава, устраннение нахлеста, снятие внутренних напряжения, повышение пластичности, ударной вязкости, улучшение обрабатываемости резанием, снижение твердости и прочности
T= Ас1+30-50
t=1-2 мин на 1 мм сечения.
Для заэв стали не проводят полный отжиг из-за опасности перегрева и пережога.
Неполный отжиг применяется главным образом при обработке заэвтектоидных инструментальных сталей и только при отсутствии в них сетки избыточного цемента.
Если в исходной структуре заэвтектоидной стали имеется сетка цементита, то сталь становится хрупкой. В таком случае для уничтожения этой сетки производят нагрев стали до температуры немного выше Асm с последующим охлаждением на воздухе.
При таком нагреве (выше Асm) цементит полностью растворяется в аустените, а во время сравнительно быстрого охлаждения не успевает вновь образовать сетку.
1.10 термическая обработка стали. Полная закалка. Режимы. Область применения.
Цела: повысить прочность и твердость, снизить ударную вязкость, пластичность.
Доэв неполная
T= Ас3+30-50
t=1-2 мин на 1 мм сечения.
Среда охлаждения: вода
Структура: М+АОСТ
Заэв+эвтек
T= Ас3+30-50
T=1-2 мин на 1 мм сечения
Среда:вода с повышенной степенью лигированостью
Структура: эв: М+АОСТ заэв: М+ЦII
Полная закалка для заэв стали непроводится , есть опасность перегрева и пережога. У полной закалки белее низкая твердость, чем у неполной.
1.11 термическая обработка стали. Неполная закалка. Режимы. Область применения.
В случае, когда детали подвергались неполной закалке вследствие недогрева, предел прочности может соответствовать техническим условиям, а следовательно, и твердость будет соответственно нормальной, но предел текучести будет ниже нормы вследствие наличия в структуре феррита.
Нагрев доэвтектоидной стали до температуры, лежащей между Ас1 и Ас3 (для заэвтектоидной стали между Ас1 и Асm), с последующим быстрым охлаждением называется неполной закалкой. При нагреве в промежутке температур Ас1–Ас3сталь будет в состоянии аустенит + феррит. При быстром охлаждении аустенит переходит в мартенсит, а феррит остается неизменным. Таким образом, при неполной закалке доэвтектоидной стали структура ее состоит из феррита и мартенсита, а твердость получается невысокой.
Нагрев заэвтектоидной стали до температур между Ас1 и Асm вызывает в ней образование аустенита при сохранении вторичного цементита. При быстром охлаждении аустенит перейдет в мартенсит, а цементит не изменится. Структура окажется состоящей из мартенсита и цементита, при этом твердость будет высокой.
Для эвтектоидной и заэвтектоидной сталей всегда применяют неполную закалку, поскольку остающийся при таком нагреве цементит имеет высокую твердость и обеспечивает закаленной стали твердость и износостойкость.
Заэвтектоидные стали марок У10, У11 У12иУ13 подвергают неполной закалке и низкому отпуску при 150 - 180 С на структуру мартенсит отпуска с включениями цементита. Инструмент из этих марок сталей обладает повышенной износостойкостью и высокой твердостью ( HRC 62 - 64) на рабочих гранях.
1.12 термическая обработка стали. Отпуск стали. Виды отпуска. Область применения.
Это обязательная окончательная технологическая операция после закалки темп.режим.
1.назвий: T=150-250, t=1-2мин, в печи. Структура: для стали с высоким содержанием углерода (доэв-М,эв-МОТП,заэв-МОТП+УII), снижает внутренние напряжения.(сверла)
2.средний:T=350-450,t=1-2 мин, печь. Структура: доэв-Тротп, максимальные упругие св-ва.(пружины)
3.высокий: T=550-650, t=1-2 мин. Стр-а: доэв-сорбитотп, максимальная ударная вязкость.(рельсы, молотки)