 |
Превращения, протекающие в структуре стали при нагреве и охлаждении
|
|
|
|
Глава 11 Виды термической обработки металлов. Основы теории термической обработки стали (часть 1)
Виды термической обработки металлов
Свойства сплава зависят от его структуры. Основным способом, позволяющим изменять структуру, а, следовательно, и свойства является термическая обработка.
Основы термической обработки разработал Д.К. Чернов. В дальнейшем они развивались в работах А.А. Бочвара, Г.В. Курдюмова, А.П. Гуляева.
Термическая обработка представляет собой совокупность операций нагрева, выдержки и охлаждения, выполняемых в определенной последовательности при определенных режимах, с целью изменения внутреннего строения сплава и получения нужных свойств (графика в осях температура — время рис. 11.1).
Различают следующие виды термической обработки.
1. Отжиг I рода — возможен для любых металлов и сплавов.
При его проведении не происходят фазовых превращений в твердом состоянии.
Нагрев, при отжиге первого рода, повышая подвижность атомов, частично или полностью устраняет химическую неоднородность, уменьшает внутреннее напряжения.
Основное значение имеет температура нагрева и время выдержки. Характерным является медленное охлаждение.
Разновидностями отжига первого рода являются:
- диффузионный;
- рекристаллизационный;
- отжиг для снятия напряжения после ковки, сварки, литья.
2. Отжиг II рода — отжиг металлов и сплавов, испытывающих фазовые превращения в твердом состоянии при нагреве и охлаждении.
Проводится для сплавов, в которых имеются полиморфные или эвтектоидные превращения, а также переменная растворимость компонентов в твердом состоянии.
Проводят отжиг второго рода с целью получения более равновесной структуры и подготовки ее к дальнейшей обработке. В результате отжига измельчается зерно, повышаются пластичность и вязкость, снижаются прочность и твердость, улучшается обрабатываемость резанием.
|
|
|
Характеризуется нагревом до температур выше критических и очень медленным охлаждением, как правило, вместе с печью (рис. 11.1 (1,1а)).
3. Закалка — проводится для сплавов, испытывающих фазовые превращения в твердом состоянии при нагреве и охлаждении, с целью повышение твердости и прочности путем образования неравновесных структур (сорбит, троостит, мартенсит).
Характеризуется нагревом до температур выше критических и высокими скоростями охлаждения (рис. 11.1 (2, 2а)).
4. Отпуск — проводится с целью снятия внутренних напряжений, снижения твердости и увеличения пластичности и вязкости закаленных сталей.
Характеризуется нагревом до температуры ниже критической А1 (рис. 11.1 (3)). Скорость охлаждения роли не играет. Происходят превращения, уменьшающие степень неравновесности структуры закаленной стали.
Термическую обработку подразделяют на предварительную и окончательную.
Предварительная — применяется для подготовки структуры и свойств материала для последующих технологических операций (для обработки давлением, улучшения обрабатываемости резанием).
Окончательная — формирует свойство готового изделия.
Рис. 11.1. Графики различных видов термообработки: отжига (1,1а), закалки (2,2а), отпуска (3), нормализации (4)
Превращения, протекающие в структуре стали при нагреве и охлаждении
Любая разновидность термической обработки состоит из комбинации четырех основных превращений, в основе которых лежат стремления системы к минимуму свободной энергии (рис. 11.2).
1. Превращение перлита в аустенит (П→А), происходит при нагреве выше критической температуры А1 минимальной свободной энергией обладает аустенит:
|
|
|
Feα (С) + Fe3С → Feγ(C);
Ф + Ц = А.
2. Превращение аустенита в перлит (А→ П), происходит при охлаждении ниже А, минимальной свободной энергией обладает перлит:
Feγ (C) + Feα (С) → Fe3 (С).
3. Превращение аустенита в мартенсит (А→М) происходит при быстром охлаждении ниже температуры нестабильного равновесия:
Feγ (C) → Feα (С).
4. Превращение мартенсита в перлит (М→П) происходит при любых температурах, т.к. свободная энергия мартенсита больше, чем свободная энергия перлита:
Feα (С) → Feα (С) +Fe3 С.
Рис. 11.2. Зависимость свободной энергии структурных составляющих сталей от температуры: аустенита (FА), мартенсита (FМ), перлита (FП)
|
|
|
