Основные виды термической обработки.




4.1.1. Закалка – термическая обработка, повышающая прочность сплава, а также его удельное электрическое сопротивление и коррозионную стойкость. Сплав нагревают выше температуры фазового превращения (например, выше линии эвтектоидного превращения) до распада твердого раствора с неоднородной структурой и переменной растворимостью, выдерживают при данной температуре в течение определенного времени, после чего быстро охлаждают. Закалкой получают конструкционные и инструментальные сплавы. Температура зависит от состава сплавов и обычно берется на 30-50°С выше температуры нужного превращения. Превышение этих значений приводит к загрублению структуры. Так, например, для эвтектоидных сталей применяется температура закалки около 800°С и выдержка по времени, которая приводит к распаду аустенита. Если затем эту сталь, нагретую до состояния аустенита, охлаждать с возрастающей скоростью охлаждения (в ванной с жидкостью), это повлечет переохлаждение аустенита и образование новой структуры – мартенсита.

Мартенсит – это твердый раствор Fe-α с избыточным содержанием углерода, высвободившегося при распаде Fe-ϒ, имеющего с ним более высокую растворимость (см. график). Кристаллы мартенсита, имея пластинчатую форму, растут с огромной скоростью, равной скорости звука в стали ~ 5000 м/сек. Наиболее интенсивно мартенситное превращение протекает при непрерывном охлаждении с 550° до 250°С. Мартенсит имеет очень высокую твердость, но с увеличением содержания углерода растет его хрупкость.

Наименьшая устойчивость аустенита с превращением в перлит или бейнит при t~550°C составляет 1 секунду. При t~700°C время устойчивости составляет 10 секунд с превращением в сорбит. Все эти и другие промежуточные состояния аустенита различаются межпластиночным расстоянием: чем выше температуры превращений, тем больше эти расстояния и тем ниже прочность. У мартенсита межпластиночное расстояние в зерне наименьшее, поэтому его твердость наивысшая. Скорость же охлаждения оказывает большое влияние на конечную структуру стали. При малой скорости образуется перлит, при увеличении скорости охлаждения образуется структура сорбита. Дальнейшее увеличение скорости охлаждения вплоть до критической приводит к образованию мартенсита.

Для быстрого охлаждения при закалке применяют различные закалочные среды: воду, минеральное масло, расплавленные соли и расплавленные металлы. Наиболее широко используется вода, позволяющая создавать интенсивное охлаждение. Масло обладает в 3-4 раза меньшей закаливающей способностью, чем вода, но скорость охлаждения им в районе мартенситного превращения почти в 10 раз меньше. Преимущество масла перед водой состоит еще и в том, что оно почти не чувствительно к изменению температуры и сохраняет постоянную закаливающую способность в широком интервале температур. Недостатком масла является его пожароопасность, склонность к пригоранию и образованию налета на поверхности получаемых изделий.

На практике с целью получать различные виды стали для ее закалки применяют сразу несколько способов: 1). Закалка в одном охладителе – заключается в нагреве изделия до температуры, превышающей критическую точку превращений (до- или заэвтектоидной стали), с последующей выдержкой при этой температуре (для завершения превращения) и быстрым охлаждением. 2). Закалка в двух охладителях (в двух ваннах) – охлаждают сначала в воде, а после достижения 400-300°С переносят в менее интенсивно действующий охладитель, в котором и выдерживают до полного остывания. 3). Ступенчатая (изотермическая) закалка – состоит из нескольких этапов нагрева, выдержки при некоторой температуре и охлаждения, вплоть до остывания при комнатной температуре. Такой способ позволяет избежать образования трещин в момент полного остывания.

Важное значение при термической обработке имеет прокаливаемость стали – глубина закаленного слоя. Прокаливаемость увеличивается с уменьшением скорости закалки.

4.1.2. Отжиг термическая обработка, которая вызывает разупрочнение структуры сплава, снимает остаточные (при кристаллизации) напряжения и уменьшает ликвационные неоднородности, равномерно распределяя углерод и легирующие элементы в объеме зерен твердого раствора. Создавая при этом однородную мелкозернистую структуру, отжиг повышает пластичность. Температура отжига зависит от состава сплава, а скорость охлаждения лежит в пределах 30…200°С/час. Отжиг стальных полуфабрикатов (слитков) ведут при температуре 1100-1300°С с выдержкой 20-50 ч. Определение зернистости стали ведется по шкале зернистости, разделенной на 8 классов, причем первый класс относится к стали с наиболее крупным, а восьмой класс – с наиболее мелким зерном. Нормализация стали – получение более мелкозернистой структуры, приводит к некоторому повышению прочности и улучшает обрабатываемость резаньем.

4.1.3. Отпуск и старение – термическая обработка предварительно закаленных сплавов с целью еще большего увеличения их твердости и прочности. Температура и выдержка обычно берется меньше, чем при закалке, и скорость охлаждения – меньше, хотя она не влияет на структуру и свойства сплавов. Термин «отпуск» используют обычно применительно к сталям, бронзам (медь + различные элементы, кроме цинка, например, алюминиевым бронзам) испытывающим при закалке полиморфные превращения.

Таким образом, любой технологический процесс термической обработки состоит из трех основных этапов: нагрев, изотермическая выдержка и охлаждение.

4.2. Химико-термическая обработка металлов и сплавов основана на диффузии, т.е. на проникновении атомов некоторого вещества в кристаллическую решетку металла. Условием обрабатываемости или насыщения поверхности изделия является способность этих веществ растворяться в α-железе и γ-железе.



Поделиться:




Поиск по сайту

©2015-2024 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2019-04-03 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту: