Характеристика основных структур, получаемых при термообработке, и их свойства

Мартенсит (сокращенно М) - пересыщенный твердый раствор углерода в альфа-железе (  -Fe) той же концентрации, что и у исходного аустенита.

Мартенсит - структура твердая, хрупкая, напряженная, неустойчивая. Твердость мартенсита возрастает с увеличением в нем содержания углерода,

например: при С = 0,1% твердость HRC 30 (HB 286);

при C = 0,7%, HRC 65 (HB 671).

Мартенсит имеет наибольший удельный объем, зависящий от содержания углерода (максимальный у эвтектоидной стали). Увеличение удельного объема вызывает внутренние напряжения, приводящие к деформациям или даже разрушению.

Троостит, сорбит, перлит (Т, С и П) - образующиеся из аустенита структуры, являются феррито - цементитными (Ф+Ц) смесями, имеющими пластинчатое строение. Эти структуры отличаются друг от друга степенью дисперсности (измельченностью) пластинок цементита. Более тонкое строение (дисперсность) у троостита, более грубое - у перлита. Увеличение дисперсности повышает прочностные характеристики и твердость, но уменьшает пластические свойства стали.

Твердость троостита 350 - 500 НВ;

Твердость сорбита 250 - 350 НВ;

Твердость перлита 150 - 250 НВ;

В сталях на практике не бывает четкой границы между этими структурами.

Основные операции термической обработки

Термическая обработка (сокращенно ТО) подразделяется на предварительную и окончательную.

Предварительная обработка - отжиг и нормализация, применяется часто при подготовке структуры стали для последующей обработки ( давлением, резанием и т.д.)

В качестве окончательной обработки применяют, как правило, закалку с последующим отпуском или без отпуска.

Иногда отжиг и, чаще, нормализация могут быть окончательной операцией, если эти операции дают нужные механические свойства по условиям работы детали.

Режим любой ТО можно представить схематически в координатах “температура (T) - время ( t )” (рис.1).

Для большинства марок стали T_то определяется положением критических точек A_с1 (линия PSK) и A_с3 (линия GS) :

для доэвтектоидных сталей T_то = A_с3 + ( 30…50ºС );

для заэвтектоидных сталей T_то = A_с1 + ( 30…50ºС ).

Нагрев ниже A _{с 3} для доэвтектоидных сталей нежелателен, т.к. сохраняется часть феррита. Для заэвтектоидных сталей целесообразен нагрев ниже A_ст (линия SE), т.к. при этом сохраняется цементит, повышающий твердость и износостойкость стали. Нагрев выше A_ст , являясь менее экономичным, дает после закалки крупноигольчатый мартенсит без цементита, с повышенным количеством остаточного аустенита - структуры менее твердой, но хрупкую за счет грубой структуры мартенсита.

Рис. 3. Температуры предварительного нагрева

для отжига и закалки углеродистых сталей

Нагрев производится обычно в газовой среде (атмосфера печи), реже в расплавленных солях, металлах. Продолжительность нагрева складывается из времени нагрева детали до нужной температуры и времени выдержки

Время выдержки зависит от многих факторов. Обычно для углеродистой стали это время исчисляется по максимальному сечению детали: 1 - 1,5 мин/мм по наибольшему размеру. Например, если продолговатая деталь имеет толщину в самом большом поперечном сечении 10 мм, то его нужно прогревать 10 - 15 мин.

T Закалка, отжиг или

нормализация

Т₁

A_с1 , A_с3 или A_ст Отпуск:

T_выс высокий

T_ср средний

Т_низ низкий

Структуры: М Т С П М t , время

Рис.4. Схема термической обработки

T₁ - температура нагрева стали для закалки, отжига или нормализации;

T_выс ,T_ср ,T_низ - температуры нагрева закаленной стали для отпуска.