matznav_tkm_DKR

9.Структура доевтектоїдної сталі.

10.Структура заевтектоїдної сталі.

11.Структура доевтектичного білого чавуну.

12.Структура заевтектичного білого чавуну.

13.Дати визначення понять: фаза, компонент, сплав.

14.Яке перетворення відбувається на лініях PSK i ECF?

15.Назвати лінії розчинності вуглецю у фериті, аустеніті.

Завдання №2 ТЕРМІЧНА ОБРОБКА СПЛАВІВ

Мета роботи - вивчити види та призначення термічної обробки та вплив температурно-часових умов нагрівання і режимів охолодження на властивості сталі при термічній обробці.

Теоретичні відомості Процес термічної обробки полягає в нагріванні виробу до визначеної

температури витримці при цій температурі і наступному охолодженні з метою зміни будови металу. Основні фактори впливу термічної обробки - температура і час. При цьому важливу роль визначають час нагрівання і охолодження, максимальна температура нагрівання і час витримки при цій температурі. Графік процесу термічної обробки представлений на рисунку 2.1. Для зміни властивостей сплаву необхідно, щоб у сплаві в результаті термічної обробки відбулися зміни, що обумовлені в першу чергу фазовими перетвореннями.

13

його перетворення, а з іншого - від рухливості, тобто швидкості протікання дифузійних процесів (рис. 2.2).

Спочатку швидкість перетворення аустеніту (V) повинна зростати за рахунок збільшення різниці вільних енергій ( F), а при значному ступеню переохолодження, коли швидкість дифузії (D) різко зменшується – убуває.

У певному температурному інтервалі протікає бездифузійне перетворення в особливу структуру загартованої сталі, яка називається мартенситом. Властивості сталі залежать від її структури.

τ , с

Рисунок 2.2 – Швидкість розпаду аустеніту (суцільна лінія V) залежно від

ступеня переохолодження: швидкість дифузії - D;

ступінь переохолодження – F.

Важливим є вивчення перетворення перліту в аустеніт при нагріванні і аустеніту в перліт. Теоретично перетворення перліту на аустеніт повинне здійснюватися при температурі 727 ° С. Фактично ж, для цього перетворення потрібний перегрів, оскільки експериментально було встановлено, що навіть при звичайних швидкостях нагрівання, температура критичних точок Ас1 і Ас3 підвищується. Перетворення перліту на аустеніт супроводжується

15

поліморфним перетворенням Feα в Feγ , а також розчиненням цементиту в аустеніті (рис. 2.6).

Перетворення починається із зародження зерен аустеніту на поверхні розподілу ферит-цементит. Зерна аустеніту, що утворюються, спочатку мають таку ж форму вуглецю, що і початкова фаза – ферит, оскільки поліморфне перетворення протікає з більшою швидкістю, ніж дифузія вуглецю. Потім в аустеніті починає розчинятися вторинна фаза перлітцементит, вміст вуглецю в аустеніті збільшується. До кінця перетворення в тих місцях, де знаходилися пластини цементита, вміст вуглецю в аустеніті стає вищим в порівнянні з ділянками, в яких до перетворення був ферит. Тому для вирівнювання складу аустеніту потрібний час, який залежатиме від температури: чим вище температура, при якій здійснювалося перетворення, тим швидше завершиться дифузійний процес перерозподілу вуглецю в аустеніті. На тривалість перетворень також впливає швидкість нагрівання. При меншій швидкості нагрівання, перетворення відбудеться при нижчих температурах.

При охолодженні сталі відбувається зворотний процес перетворення Feγ − Feα + Fe3C . Термодинамічною умовою цього перетворення є деякий ступінь переохолодження, коли вільна енергія перліту стає меншою від вільної енергії аустеніту.

Перетворення в умовах переохолодження сталей, різних за кількістю в них вуглецю, наведені на рис. 2.3. Лінія SЕ, діаграми залізо-вуглець, вказує межу граничного насичення аустеніту цементитом – цементит може виділятися з аустеніту лише правіше лінії SЕ, і очевидно, правіше продовження цієї лінії вниз, до області переохолодженого аустеніту.

16

Аналогічні значення має продовження лінії GS як межі граничного насичення переохолодженого феритом аустеніту.

Рисунок 2.3 – Залежність складу евтектоїду від ступеня переохолодження, нижче рівноважної температури А1.

Одночасне виділення з аустеніту, фериту і цементиту, можливе лише за умови перенасичення аустеніту обома складовими, тобто лівіше лінії GG і правіше лінії ЕЕ - в заштрихованому трикутнику (рис. 2.3).

Це означає, що строго певний вміст евтектоїду є лише в умовах кристалізації без переохолодження (в точці S), в реальних же умовах вміст евтектоїда (перліт) характеризується інтервалом концентрації, обмеженим лініями ЕS і GS.

Розглянемо закономірність перетворення переохолодженого аустеніту в сталі евтектоїдного вмісту. Зразки цієї сталі нагрівають до температури, за якої її структура складається з однорідного аустеніту (770 ° С). Потім зразки швидко переносять в термостати із заданою температурою, меншою від 727 ° С, і в процесі ізотермічної витримки спостерігають за перетвореннями, які відбуваються в аустеніті. Спостереження можна проводити, користуючись

17

різними методами: вимірюючи твердість, електроопір, магнітні характеристики і т.д. (рис. 2.4).

Рисунок 2.4 – Кінетичні криві перетворення аустеніту в перліт за різних температур (t1> t2> t3)

Перетворення аустеніту можна легко виявити за допомогою спостереження за змінами магнітних характеристик зразка, тому що аустеніт є парамагнетиком, а механічна суміш фериту і цементиту володіє феромагнітними властивостями.

У результаті, отримують криві та будують діаграму ізотермічного перетворення аустеніту (рис. 2.5).

18

Рисунок 2.5 – Накладення на діаграму ізотермічного розпаду кривих охолодження.

На діаграмі, ліва крива С1 є межею початку перетворення переохолодженого аустеніту. Права крива С2 показує кінець перетворення аустеніту, тобто, залежність часу, необхідного для повного перетворення аустеніту від ступеню переохолодження.

Властивості та будова продуктів перетворення залежать від температури, за якої відбувався процес його розпаду. За високих температур, тобто при не значному ступеню переохолодження, отримуємо досить грубу суміш фериту і цементиту (перліт).

За нижчих температур, і, отже, при великих ступенях переохолодження дисперсність структур зростає і твердість продуктів підвищується. Такий перліт, з більш тонкою будовою, отримав назву сорбіт. При ще нижчій температурі дисперсність продуктів так само зростає, така структура називається троститом.

19

Таким чином, перліт, сорбіт і тростит - структури з однаковою природою (феритоцементит), що відрізняються ступенем дисперсності фериту і цементиту. Перлітні структури можуть бути двох типів: зернисті (цементит в них знаходиться у формі зерен) або пластинчасті (у формі пластин). Розмір цементитних частинок залежить від температури перетворення аустеніту, а форма цементиту – від температури нагрівання. Зі збільшенням дисперсності структури твердість підвищується, а пластичність

–знижується. Нижче вигину кривої С1 утворюється голчаста мікроструктура

–бейніт.

При високих ступенях переохолодження, наприклад до 230 ° С для евтектоїдних сталей, аустеніт знаходиться в нестійкому стані. За цих температур алотропічне перетворення Fey − Feα відбувається в умовах,

низької швидкості дифузії вуглецю. При бездифузійному перетворенні, увесь вуглець, розчинений в решітці аустеніту, залишається в решітці фериту. Оскільки максимальна розчинність вуглецю в α - залізі не перевищує 0,02%, а у вихідній фазі – аустеніті – може міститися 2,14% вуглецю, то утворюється пересичений твердий розчин - мартенсит.

Положення точок початку МН і закінчення МК мартенситного перетворення залежить від вмісту в сталі вуглецю і присутності легуючих елементів та не залежить від швидкості охолодження. Чим вищий вміст вуглецю в сталі, тим нижче температура точок МН і МК. По-різному впливають легуючі елементи і на температуру початку мартенситного перетворення. Як правило, вони знижують температуру МН (за винятком кобальту і алюмінію). Мартенситне перетворення не відбувається до кінця: у сталі завжди існує залишковий аустеніт, кількість якого збільшується при зниженні точки МН. Структура мартенситу має голчасту будову і високу твердість НВ600. Нанесемо на діаграму ізотермічного розпаду аустеніту криві

20

охолодження. Лінія V1 характеризує повільне охолодження. У результаті перетворення, утворюється перліт з низькою твердістю (крупнопластинчатий). При швидшому охолодженні (V2, V3) утворюються більш дисперсні продукти з великою твердістю. Якщо охолоджувати аустеніт зі швидкістю, при якій не відбувається ніяких дифузійних перетворень, то утворюється мартенсит, тобто, охолодження приводить до гартування (рис. 2.5). З діаграми видно, що всі швидкості перетворення, які вищі критичної Vк призводять до утворення мартенситу, а менші - до розпаду аустеніту на ферито-цементитну суміш різної дисперсності.

Діаграма ізотермічного перетворення аустеніту має велике теоретичне і практичне значення. Теоретичне значення таких діаграм полягає в тому, що вони показують всі зміни аустеніту при різних температурах, дозволяють в наочній формі пояснити походження і природу структур, які одержані при термічній обробці. Вони виявляють вплив температури перетворення на структуру і властивості сталей. Ці діаграми дозволяють оцінити дії величини зерна і легуючих елементів на перетворення аустеніту, мікроструктуру, механічні та інші властивості сталей, а також служать обґрунтуванням теорії термічної обробки сталей.

Практичне значення діаграм ізотермічного перетворення аустеніту також дуже велике: вони дозволяють критично оцінювати існуючі режими термообробки і розробляти науково-обґрунтовані технологічні процеси. Особливо важливим є застосування цих діаграм для встановлення раціонального режиму різних операцій ізотермічної обробки. З їх допомогою можна правильно здійснювати ізотермічне і ступеневе гартування простих вуглецевих, і особливо легованих сталей, ізотермічний відпал, відпал на зернистий перліт, ізотермічну витримку для усунення флокенів. Крім цього, діаграми дозволяють дати аналіз дії середовищ для загартовування (вода,

21

масла тощо), і вибрати для кожної марки сталі найбільш підходяще середовище для гартування. Для вирішення практичних завдань з діаграмами ізотермічного перетворення аустеніту застосовують діаграми перетворення аустеніту при безперервному охолодженні.

Розрізняють такі види термічної обробки: відпал 1-го роду (дифузійний, рекристалізаційний і відпал для зняття внутрішніх напружень); відпал 2-го роду (повний, неповний); нормалізація; гартування; відпуск.

Дифузійний відпал застосовується для усунення ліквації (вирівнювання хімічного складу) в габаритних виливках. Він полягає в нагріванні сплаву до температури 1050 ° С-1200 ° С, час витримки 8-20 годин і потім - повільне охолодження. В результаті дифузійного відпалу підвищується ударна в'язкість і характеристики втоми.

Рекристалізаційний відпал застосовується для усунення наклепу холоднокатаних виробів з вуглецевої сталі. Відпал проводять за температури 680-760 ° С. Час витримки залежить від габаритів заготовки.

Відпал для зняття напруження проводять для деталей з вуглецевої сталі при нагріванні до 160-700 ° С, з витримкою 2,5 хв. на 1 мм товщини перетину.

Повний відпал полягає в нагріванні доевтектоїдних сталей на 30-50 ° С вище температури, відповідної точки АС3, витримці для повного завершення фазових перетворень і наступному повільному охолодженні. В результаті повного відпалу отримують дрібнозернисту структуру, що забезпечує високу в'язкість і пластичність (рис. 2.6, 2.7, 2.8).

Неповний відпал застосовують для заевтектоїдної сталі, він полягає в нагріванні деталі до температури на 20-50 ° С вище АС1. Такий відпал проводять тільки в тих випадках, коли виправлення структури не потрібно, а необхідно лише зниження твердості.

22