Основы теории термообработки стали. Критич. температуры. Превращ. структуры стали при нагреве. Структурные превращения при охлаждении стали.

Термическая обработка – нагрев изделий и заготовок до опр-ной t°, выдержке при этой t° и последующем охлаждении с заданной скоростью с целью изменения структуры и свойств стали.

Основные виды термообработки: отжиг; закалка; отпуск; старение.

При термообработке стали происходят 4 основных превращений:

1. Перлита в аустенит выше точки А1;

2. аустенита в перлит ниже точки А1;

3. аустенита в мартенсит при t°-ах ниже t°-ры метастабильного равновесия этих фаз;

4. мартенсита в перлит.

Превращ. структуры стали при нагреве связаны с достижением сплавами критических точек, т.е. температур, при к-рых происходят фазовые превращения.

Эвтектоидная сталь (содержание углерода 0,8% - перлит) при нормальной t° изменяет структуру перлита. При t° 723°С перлит превращается в аустенит.

В доэвтектоидных сталях (содержание углерода менее 0,8% - феррит+перлит), имеющих структуру феррит+перлит, при 727°С перлит превращается в аустенит. При дальнейшем нагревании в интервале температур между линиями PS и GS феррит растворяется в аустените. Выше точки Ас4 будет структура аустенита.

У заэвтектоидных сталей (содержание углерода более 0,8% - перлит+цементит) со структурой перлит +вторичный цементит в т. Ас1 (линия SK) перлит превращается в аустенит. При t°-ах выше линии SK идет процесс растворения цементита в аустените. Он заканчивается при t°-ах, соответствующих точкам, лежащих на линии SE (верхняя критическая точка Асm). Выше линии SE будет однородная структура аустенита.

Образующийся при кристаллизации аустенит имеет мелкозернистую структуру. При дальнейшем росте t° начинается рост зерна, что нежелательно. Поэтому нагрев ведут обычно до t° на 30-50° выше критических точек Ас3, Асm или Ас1, и выдерживают при этих t°-ах опр-ное время до завершения превращений в стали.

Структурные превращения при охлаждении стали.

При охлаждении стали происходит распад аустенита. 1. При t°-ах ниже линии GS выделяется феррит, а ниже линии ES – вторичный цементит. При 727°С оставшийся аустенит превращается в перлит (охлаждение вместе с печью со скоростью ≈ 1° в 1 мин). 2. С увеличением скорости охлаждения имеет место переохлаждения аустенита с образованием распада мелкозернистой ферритно-цементитной смеси.

Если охлаждать на воздухе (≈ 1° в 1 с), образуется сорбит. Аустенит переохлаждается до t° 600°С, при этой t° начинается образование сорбита. Оно заканчивается при t° 500°С.

Охлаждение в масле увеличивает скорость охлаждения (≈ 50° в 1 с). Аустенит переохлаждается до 500°С, затем образует мелкодисперсную ферритно-цементитную смесь – троостит (500-200°С).

При t°-ах, близких к нижнему пределу, образуется игольчатый троостит (бейнит), состоящий из смеси частиц пересыщенного углеродом феррита и цементита.

3. При охлаждении в воде (100-150°С в 1 с) аустенит переохлаждается ≈ до 200°С и сразу превращается в мартенсит – перенасыщенный твердый раствор углерода в альфа-железе. Часть аустенита сохраняется в сталя

 

 

Диаграмма изотермических превращений.

 

Аустенитно-мартенситное превращение.

Это превращение переохлажденного аустенита происходит при его охлаждении в интервале температур от Мн до Мк, где Мн - t° начала, Мк - t° конца мартенситного превращения. Если охлаждение прекращается, превращение не идет до конца. Этим оно отличается от перлитного, идущего при Т=const. Чтобы мартенситное превращение завершилось полностью, необходимо непрерывно охлаждать сталь до t° Мк. при этом в стали остается некоторое количество аустенита (остаточный аустенит), к-рое опр.хим. составом аустенита (чем больше в не углерода и легирующих элементов, тем ниже t°-ры точек Мн и Мк).

Атомы углерода, внедряясь в решетку α-железа, сильно ее искажают. Такую искаженную кристаллическую решетку наз. тетрагональной, в ней параметр с>а, => отношение с/а>1. При увеличении содержания углерода высота с тетрагональной призмы растет.

Мартенсит разделяют на пластинчатый (имеет структуру типа широких тонких пластин, которые на шлифе имеют вид игл, расположенных параллельно друг другу или под углом) и реечный (кристаллы имеют вид тонких реек, собранных в пакеты).