Графики термической обработки: простой и сложной

Основными видами термической обработки являются: Отжиг Нормализация Отпуск Старение Закалка

Отжиг заключается в нагреве сталей до температур выше фазового превращения с последующей выдержкой и медленным охлаждением сплава вместе с печью. В результате отжига получают структуру перлит с ферритом или цементитом, и сталь приобретает высокую пластичность и низкую твёрдость.

Отжигу подвергают отливки, поковки, прокат, заготовки из углеродистой и легированной стали. Различают следующие виды отжига: неполный, полный, низкотемпературный, диффузионный и рекристализационный.Если после нагрева охлаждение происходит не вместе с печью, а на воздухе, то такую операцию называют нормализацией. Получаемая структура после нормализации – мелкопластинчатая перлитного класса (перлит, сорбит, троостит).Для низкоуглеродистых сталей структура и свойства после отжига и нормализации ничем не отличаются.
При этом операция нормализации дешевле отжига.
По этой причине для низкоуглеродистых сталей рациональней проводит нормализацию.
Отличия в структуре появляются с повышением содержания углерода.
Также существенно может отличаться структура после отжига и нормализации у легированных сталей. Закалка – нагрев стали до температур выше фазовых превращений с последующим быстрым охлаждением со скоростью выше критической. Цель закалки – придать стали большую твердость.
После закалки сталь приобретает неравновесную метастабильную структуру и обладает высокой прочностью, твердостью, износостойкостью и повышенной хрупкостью. Закалка не является окончательным видом термической обработки. Для устранения избыточных напряжений и повышенной хрупкости сталь после закалки обязательно подвергают отпуску. Отпуск – нагрев закаленной стали до температур ниже фазовых превращений с последующим охлаждением. В результате отпуска структура стали переходит к более равновесному состоянию, твердость снижается, а пластичность повышается. В зависимости от температуры нагрева отпуск подразделяется на:
низкий(150–250 ^оС),
средний(300-450 ^оС),
высокий (500-700 ^оС).С увеличением температуры отпуска повышаются пластические свойства и снижается прочность стали. Самопроизвольный отпуск закаленных сталей при незначительном нагреве или без него, наблюдающийся с течением времени называют старением. Улучшение. Закалку в сочетании с высоким отпуском называют улучшением. Его назначение – измельчение структуры, повышение механических свойств и повышение обрабатываемости стали резанием.

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: Fe_γ(C) → Fe_α + 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, 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 или анизотермическими 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.

Мартенситное превращение (и не только в стали) происходит при быстром охлаждении высокотемпературной фазы. Такой процесс часто называется закалкой, хотя для различных металлов и их сплавов термин «закалка» может иметь совершенно различный смысл, как, например, «закалка стали» и «закалка алюминиевого сплава».

К наиболее важным характеристикам мартенситного превращения в стали, которые отличают его от других типов превращений, в частности, от перлитного превращения, относятся следующие.