Реферат: Термическая обработка стали
1. Основы теории термической обработки…………………………………3
2. Отжиг и нормализация……………………………………………………7
3. Закалка и отпуск………………………………………………………….10
4. Список литературы………………………………………………………16
1. Основы теории термической обработки.
Термическая (тепловая) обработка состоит в изменении структуры металлов и сплавов путем нагревания их и последующего охлаждения с той или иной скоростью; при этом достигаются существенные изменения свойств при том же химическом составе сплава.
|
|
| Рис. 1. Диаграммы состояния системы Fe – Fe3 C |
Термическая обработка стали и чугуна основана на явлениях вторичной кристаллизации применительно к линиям (см. рис.1) GOS(A3 ), SE(Aст ) и РК (А1 ).
Изменения структуры при разных скоростях охлаждения аустенита.
При медленном охлаждении эвтектоидной стали по линии РК (в точке Ar1 ) произойдет полное распадение аустенита с образованием перлита. Распадение состоит из следующих этапов:
1) превращение g-железа в a-железо, т.е. перегруппировка атомов из решетки гранецентрированного куба g-железа в решетку центрированного куба a-железа с одновременным смещением атомов углерода, находящихся в твердом растворе g-железа;
2) выделение из твердого раствора (аустенита) мельчайших частиц цементита (Fe3 C);
3) укрупнение частиц цементита в пластинки, размеры которых измеряются от малых долей микрона до нескольких микронов, и более или менее полное распадение аустенита.
При ускорении охлаждения до 50 град/сек распадение аустенита не успевает закончиться, размеры пластинок цементита достигают лишь десятых долей микрона и различимы только при очень больших увеличениях. Такая структура называется сорбитом (в честь Г.В. Сорби – английского естествоиспытателя).
При ускорении охлаждения до 100 град/сек полностью успевает завершиться лишь второй этап распадения аустенита, а третий этап останавливается в самом начале. В результате размеры пластинок цементита измеряются стотысячными и миллионными долями миллиметра. Такая структура носит название троостита (по имени Л. Трооста – французского химика). Наличие тончайших пластинок цементита можно обнаружить с помощью электронного микроскопа.
|
|
| Рис. 2. Зависимость положения критических точек эвтектоиднной стали от скорости охлаждения. |
При скорости охлаждения 150-200 град/сек успевает завершиться лишь перегруппировка атомов железа, поэтому углерод остается в виде твердого раствора в a-железе. Эта структура называется мартенситом (в честь А. Мартенса – немецкого металловеда).
Подводя итог сказанному, заметим, что перлит, сорбит и троостит по структуре представляют собой двухфазную смесь (феррита и цементита) и отличаются друг от друга дисперсностью цементита; мартенсит же однофазен, это твердый раствор углерода в a-железе.
Структура перлита, получающаяся при медленном охлаждении сплавов, называется равновесной , как и другие структуры. В отличие от равновесной, структуры сорбита, троостита и мартенсита, получающиеся при ускоренных охлаждениях, называются неравновесными.
Сдвиг критических точек при охлаждении.
Увеличение скорости охлаждения вызывает понижение критических точек (по отношению к их положению на диаграмме равновесия, см. рис. 66). Сдвиг температур увеличивается с ускорением охлаждения, что видно на рис. 2. Кривая A ’ r показывает, что переохлаждение аустенита растет при ускорении охлаждения.
При медленном охлаждении переохлаждение невелико (верхние точки кривой A ’ r ), и структура стали остается перлитной. Пластинки цементита в перлите тем меньше, чем больше скорость охлаждения, и при дальнейшем ускорении охлаждения структура все больше приближается к сорбиту. При скорости охлаждения, необходимой для получения структуры сорбита (»50 град/сек ), аустенит переохлаждается более чем на 100° и фазовое превращение его в сорбит произойдет при температуре около 600° (точка C на кривой A ’ r ). Превращение в троостит произойдет при переохлаждении аустенита на »180° (точка Т ).
Скорость охлаждения V1 (150 град/сек ) соответствует началу появления мартенсита в структуре стали. Часть линии A ” r , характеризующая превращение “аустенит - мартенсит”, - прямая. Это указывает на постоянство температуры при превращении (около 240° для эвтектоидной стали) независимо от дальнейшего увеличения скорости охлаждения.
Таким образом, кривая A ’ r характеризует распадение аустенита на две фазы: феррит и цементит, а отрезок A ” r – переход аустенита в мартенсит. При скоростях охлаждения V1 до V2 охлажденная сталь содержит троостит и мартенсит (превращение происходит согласно линии A ’ r и линии A ” r ). При скоростях охлаждения, превышающих V2 (ниже линии A ” r ), наряду с мартенситом будет немного остаточного (не распавшегося) аустенита.
Изотермическое распадение аустенита.
|
|
| Рис. 3. Диаграмма изотермического распадения аустенита эвтектоидной стали |
Наблюдениями установлено, что и скорость, и характер распадения аустенита зависят от степени его переохлаждения.
На рис.3 приведена диаграмма изотермического распадения аустенита эвтектоидной углеродистой стали. Диаграмма построена в координатах “Температура – логарифм времени” (время откладывается на абсциссе по логарифмической шкале), что дает возможность проследить за временем превращения от долей секунды до суток и более.
--> ЧИТАТЬ ПОЛНОСТЬЮ <--