Основные положения

Главные положения


Цель хоть какого процесса термообработки состоит в том, чтоб нагревом до определенной температуры, выдержкой и следующим остыванием с определенной скоростью вызвать хотимое изменение структуры металла либо сплава и, соответственно, изменение параметров. Как следует, основными факторами воздействия при термообработке являются температура, время выдержки и скорость следующего остывания.

В практике машиностроения различают первичную и вторичную тепловую обработки. Предназначение первичной термообработки заключается в подготовке структуры к следующим операциям механической и конечной термообработки. К этому виду обработки относятся разные виды отжига и нормализации. Предназначение вторичной (конечной) обработки – получение нужных эксплуатационных параметров деталей и изделий. К конечной термообработке относятся закалка и отпуск.

Цель закалки конструкционных и инструментальных сталей – достижение очень высочайшей твердости и прочности. Суть закалки заключается в получении пересыщенного твердого раствора. Пересыщение твердого раствора вызывает преломления кристаллической решетки, которые приводят к возникновению дислокаций, компенсирующих эти преломления. Высочайшая плотность дислокаций затрудняет пластическую деформацию в металле и увеличивает его крепкость и твердость.



Закалка применима к сплавам, в каких могут создаваться ограниченные твердые смеси. При нагреве таких сплавов возрастает растворимость компонент. Если охлаждать сплав с большой скоростью, не оставляя времени на диффузию, то в процессе остывания выделение лишних атомов растворенного компонента не произойдет. Тогда при комнатных температурах зафиксируется пересыщенный жесткий раствор. Еще большее пересыщение может быть получено в сплавах, которые испытывают полиморфные перевоплощения при нагреве и охлаждении. Больший эффект при закалке наблюдается в железо-углеродистых сплавах – сталях. Аустенит (жесткий раствор углерода в g-железе) может растворить углерода в сотку раз больше, чем феррит (жесткий раствор углерода в a-железе). Потому, если нагревать сталь выше температур перестройки решетки и охлаждать, не давая углероду способности выделяться из аустенита, то при оборотной перестройке решетки появляется очень огромное пересыщение a-железа атомами углерода которое и вызывает существенное изменение параметров стали.

Скорость остывания, при которой углерод не успевает выделяться из твердого раствора, именуется критичной скоростью остывания. Для каждой стали, она может быть определена по диаграмме изотермического перевоплощения переохлажденного аустенита. Геометрически это касательная к первой кривой, начала перевоплощения аустенита в феррито-карбидную смесь.

На рис. 1 представлена диаграмма изотермического перевоплощения (либо С-образная диаграмма) для стали с 0,8 % углерода.

Для углеродистых сталей время до начала распада аустенита сильно мало (tинк=0,5,1,0 с), и критичная скорость достигается только при охлаждении в воде либо в аква смесях солей.

При очень малой скорости остывания (V1) аустенит будет преобразовываться в перлит (грубая смесь кристаллов феррита и цементита). С ускорением остывания (V2 и V3) число центров зарождения феррита и цементита возрастает и размеры кристаллов этих фаз уменьшаются. Более дисперсные (тонкодисперсные) структуры – сорбит, троостит – имеют более высшую твердость, чем перлит. При скорости остывания больше Vкр перевоплощение аустенита в смесь феррита и цементита произойти не может, потому что скорость диффузии углерода при температурах ниже 200 °С очень мала. Но g-решетка должна перестроиться в a-решетку, владеющую наименьшим припасом энергии при низких температурах. Появляется пересыщенный жесткий раствор углерода в a-железе. Решетка железа очень искажается, становится тетрагональной, а не кубической. Появляется огромное количество дислокаций и других изъянов. Потому сплав имеет высшую твердость и крепкость, но очень низкую пластичность. Такая структура носит заглавие мартенсит.


Загрузка...

Мартенсит это пересыщенный жесткий раствор углерода в тетрагональной решётке a-железа.


Рис. 1. Диаграмма изотермического распада переохлажденного аустенита

эвтектоидной стали

Главным фактором, определяющим твердость и крепкость мартенсита, являются преломления кристаллической решетки a-железа, вызванные внедренными атомами углерода. Чем больше содержание углерода в мартенсите, тем больше тетрагональность решетки и выше твердость мартенсита (см. рис. 2).

Начальными критериями выбора температуры закалки являются требуемые характеристики, которые должна обеспечить закаленная сталь.

Конструкционная сталь (<0,8 % С) применяется для производства деталей машин, устройств и различного рода конструкций. Стали должны после закалки владеть высочайшими прочностными качествами, в особенности высочайшей усталостной прочностью, потому что детали машин и устройств испытывают сложные знакопеременные нагружения.


На рис. 3 представлена левая (так именуемая «стальная» часть диаграммы железо-цементит). При помощи диаграммы проследим за превращениями, происходящими при нагреве сталей.

Рис. 3. «Стальная» часть диаграммы Fe-Fe3C

При нагреве выше полосы PSK (либо критичной температуры Ас1), но ниже GS (критичная температура Ас3) структура стали будет состоять из зернышек аустенита и феррита.

При следующем охлаждении со скоростью, равной либо больше критичной, аустенит перевоплотится в мартенсит, а феррит перевоплощений не испытывает. После таковой закалки структура будет состоять из очень жестких кристаллов мартенсита и мягеньких, пластичных кристаллов феррита. Отсюда низкая твердость и крепкость, а главное – низкая усталостная (повторяющаяся) крепкость стали. Как следует, такая закалка не обеспечит высочайшие эксплуатационные характеристики конструкционных сталей.

Если при закалке подогреть доэвтектоидную сталь выше полосы GS (Ac3), то произойдет перевоплощение феррита и перлита в аустенит. Следующее остывание с критичной скоростью позволит получить однородный мартенсит, характеризующийся высочайшей прочностью и значимой усталостной прочностью.

Огромное воздействие на характеристики стали после закалки оказывает температура нагрева и время выдержки при этой температуре. Чем выше температура нагрева и длительнее выдержка при этой температуре, тем лучше происходит рост аустенитных зернышек. Рост зерна при нагреве вызывается рвением сплава к уменьшению поверхностной энергии зернышек. Из крупнозернистого аустенита после остывания получатся большие кристаллы мартенсита (крупноигольчатый мартенсит). Это приведет к высочайшей хрупкости стали.

Как следует, для доэвтектоидных (конструкционных) сталей температура закалки должна быть выше точки Ас3 (полосы GS), но это превышение не должно быть огромным.

Для получения хороших параметров после закалки нужно создавать нагрев до температуры, определяемой эмпирической формулой:

t зак. доэвт. = Ас3 + (30 , 50) °С.

Все заэвтектоидные стали – инструментальные. Материалы, идущие на изготовка инструментов (в особенности режущих), должны обеспечивать высочайшие твердость и износостойкость, высшую крепкость. Эти характеристики получают во вред пластичности стали, в неприятном случае инструмент не будет владеть высочайшими режущими качествами.

При нагреве выше полосы SK (Ас1) перевоплощение претерпевает только перлит (рис. 3), а цементит не успевает раствориться в аустените. После нагрева до этих температур структура стали – аустенит и цементит. При охлаждении со скоростью больше критичной выходит структура, состоящая из жестких и износоустойчивых кристаллов мартенсита и кристаллов цементита, имеющих еще бóльшую твердость и износостойкость. Нагрев до более больших температур (выше полосы SE, либо точки Асcm) не приведет к увеличению твердости; но резко возрастет размер зернышек аустенита (потому что кристаллы цементита растворятся и уже не будет сдерживать их рост), что негативно скажется на механических свойствах.

Как следует, для заэвтектоидных (инструментальных) сталей температура закалки должна быть выше точки Ас1 (полосы SK).

Нагрев под закалку инструментальных сталей осуществляется до температур:

t зак. заэвт. = Ас1 + (30 , 50) °С.

Область хороших температур нагрева сталей под закалку представлена на рис. 3.




Возможно Вам будут интересны работы похожие на: Основные положения:


Похожый реферат

Похожый реферат

Похожый реферат

Похожый реферат

Похожый реферат

Похожый реферат

Похожый реферат

Похожый реферат

Похожый реферат

Похожый реферат

Похожый реферат

Похожый реферат

Похожый реферат

Похожый реферат

Похожый реферат

Похожый реферат

Cпециально для Вас подготовлен образовательный документ: Основные положения