Файл: Жидкий раствор (Ж) на основе железа. Феррит (Ф).docx

У сталей и чугунов в равновесном состоянии имеются следующие фазы:Жидкий раствор (Ж) на основе железа.Феррит (Ф)- твердый раствор углерода и легирующих элементов в железе Fе_a с кристаллической решеткой объемно-центрированного куба (ОЦК). Феррит имеет твердость НВ 80-90, пластичен (относитель­ное удлинение 50 %).Аустенит (А) - твердый раствор углерода и легирующих элемен­тов в железе Fe_g с кристаллической решеткой гранецентрированного куба (ГЦК).Цементит (Ц) -раствор небольшого количества железа в карбиде железа Fe₃C.Образуются также и более сложные структурные составляющие из двух фаз, наблюдаемые в микроструктуре:Перлит (П) в виде темных (коричневых) участков, состоящий из ферритной основы и кристаллов цементита пластинчатой формы (пластинчатый перлит). Он образуется при медленном охлаждении в сталях и чугунах в результате следующего фазового превращения аустенита:^t_psk А Ф + Ц (П)Особой термической обработкой может быть получен зернистый перлит, состоящий из феррита и частиц цементита в форме мелких зерен.Ледебурит (Л) в виде пестрых бело-темных участков, состоящий из белого цементита -основы и темного перлита в виде округлых или удлиненных частиц (ниже 727°С). Выше температуры 727°С этот леде­бурит состоит из цементита и аустенита :^t_ecf Ж А + Ц (Л)

Назначение термической обработки

Термическая обработка стали проводится при температурах, приближенных к критическим точкам . Здесь происходит:

• 
  вторичная кристаллизация сплава;
  
• 
  переход гамма железа в состояние альфа железа;
  
• 
  переход крупных частиц в пластинки.
  

---

Внутренняя структура двухфазной смеси напрямую влияет на эксплуатационные качества и легкость обработки.Основное назначение термической обработки — это придание сталям:

• 
  В готовых изделиях:
  

1. 
   прочности;
   
2. 
   износостойкости;
   
3. 
   коррозионностойкость;
   
4. 
   термостойкости.
   

• 
  В заготовках:
  

1. 
   снятие внутренних напряжений после
   

• 
  литья;
  
• 
  штамповки (горячей, холодной);
  
• 
  глубокой вытяжки;
  

увеличение пластичности;

облегчение обработки резанием.

Термическая обработка применяется к следующим типам сталей:

1. 
   Углеродистым и легированным.
   
2. 
   С различным содержанием углерода, от низкоуглеродистых 0,25% до высокоуглеродистых 0,7%.
   
3. 
   Конструкционным, специальным, инструментальным.
   
4. 
   Любого качества.
   

Классификация и виды термообработки

Основополагающими параметрами, влияющими на качество термообработки являются:

• 
  время нагревания (скорость);
  
• 
  температура нагревания;
  
• 
  длительность выдерживания при заданной температуре;
  
• 
  время охлаждения (интенсивность).
  

Изменяя данные режимы можно получить несколько видов термообработки.

Виды термической обработки стали:

• 
  Отжиг
  

1. 
   I – рода:
   

• 
  гомогенизация;
  
• 
  рекристаллизация;
  
• 
  изотермический;
  
• 
  снятие внутренних и остаточных напряжений;
  

II – рода:

• 
  полный;
  
• 
  неполный;
  
• 
  Закалка;
  

Отпуск:

1. 
   низкий;
   
2. 
   средний;
   
3. 
   высокий.
   

• 
  Нормализация.
  

Температура нагрева стали при термообработке

Отпуск

Отпуск в машиностроении используется для уменьшения силы внутренних напряжений, которые появляются во время закалки. Высокая твердость делает изделия хрупкими, поэтому отпуском добиваются увеличения ударной вязкости и снижения жесткости и хрупкости стали.

1. Отпуск низкий

Для низкого отпуска характерна внутренняя структура мартенсита, которая, не снижая твердости повышает вязкость. Данной термообработке подвергаются измерительный и режущий инструмент. Режимы обработки:

---

• 
  Нагревание до температуры – от 150°С, но не выше 250°С;
  
• 
  выдерживание — полтора часа;
  
• 
  остывание – воздух, масло.
  

2. Средний отпуск

Для среднего отпуска преобразование мартенсита в тростит. Твердость снижается до 400 НВ. Вязкость возрастает. Данному отпуску подвергаются детали, работающие со значительными упругими нагрузками. Режимы обработки:

• 
  нагревание до температуры – от 340°С, но не выше 500°С;
  
• 
  охлаждение – воздух.
  

3. Высокий отпуск

При высоком отпуске кристаллизуется сорбит, который ликвидирует напряжения в кристаллической решетке. Изготавливаются ответственные детали, обладающие прочностью, пластичностью, вязкостью.Режимы обработки:Нагревание до температуры – от 450°С, но не выше 650°С.

Отжиг

Применение отжига позволяет получить однородную внутреннюю структуру без напряжений кристаллической решетки. Процесс проводят в следующей последовательности:

• 
  нагревание до температуры чуть выше критической точки в зависимости от марки стали;
  
• 
  выдержка с постоянным поддержанием температуры;
  
• 
  медленное охлаждение (обычно остывание происходит совместно с печью).
  
• 
   
  

1. Гомогенизация

Гомогенизация,  по-иному отжиг диффузионный, восстанавливает неоднородную ликвацию отливок. Режимы обработки:

• 
  нагревание до температуры – от 1000°С, но не выше 1150°С;
  
• 
  выдержка – 8-15 часов;
  
• 
  охлаждение:
  
  • 
    печь – до 8 часов, снижение температуры до 800°С;
    
  • 
    воздух.
    

2. Рекристаллизация

Рекристаллизация, по-иному низкий отжиг, используется после обработки пластическим деформированием, которое вызывает упрочнение за счет изменения формы зерна (наклеп). Режимы обработки:

• 
  нагревание до температуры – выше точки кристаллизации на 100°С-200°С;
  
• 
  выдерживание — ½ — 2 часа;
  
• 
  остывание – медленное.
  

3. Изотермический отжиг

Изотермическому отжигу подвергаются легированные стали, для того чтобы произошел распад аустенита. Режимы термообработки:

• 
  нагревание до температуры – на 20°С — 30°С выше точки ;
  
• 
  выдерживание;
  
• 
  остывание:
  
  • 
    быстрое – не ниже 630°С;
    
  • 
    медленное – при положительных температурах.
    

4. Отжиг для устранения напряжений

Снятие внутренних и остаточных напряжений отжигом используется после сварочных работ, литья, механической обработки. С наложением рабочих нагрузок детали подвергаются разрушению. Режимы обработки:

---

• 
  нагревание до температуры – 727°С;
  
• 
  выдерживание – до 20 часов при температуре 600°С — 700°С;
  
• 
  остывание — медленное.
  

5. Отжиг полный

Отжиг полный позволяет получить внутреннюю структуру с мелким зерном, в составе которой феррит с перлитом. Полный отжиг используют для литых, кованных и штампованных заготовок, которые будут в дальнейшем обрабатываться резанием и подвергаться закалке.Режимы обработки:

• 
  температура нагрева – на 30°С-50°С выше точки ;
  
• 
  выдержка;
  
• 
  охлаждение до 500°С:
  
  • 
    сталь углеродистая – снижение температуры за час не более 150°С;
    
  • 
    сталь легированная – снижение температуры за час не более 50°С.
    

6. Неполный отжиг

При неполном отжиге пластинчатый или грубый перлит преобразуется в ферритно-цементитную зернистую структуру, что необходимо для швов, полученных электродуговой сваркой, а также инструментальные стали и стальные детали, подвергшиеся таким методам обработки, температура которых не провоцирует рост зерна внутренней структуры.Режимы обработки:

• 
  нагревание до температуры – выше точки  или , выше 700°С на 40°С — 50°С;
  
• 
  выдерживание – порядка 20 часов;
  
• 
  охлаждение — медленное.
  

Закалка

Закалку сталей применяют для:

• 
  Повышения:
  

1. 
   твердости;
   
2. 
   прочности;
   
3. 
   износоустойчивости;
   
4. 
   предела упругости;
   

• 
  Снижения:
  

1. 
   пластичности;
   
2. 
   модуля сдвига;
   
3. 
   предела на сжатие.
   

Суть закалки – это максимально быстрое охлаждение прогретой насквозь детали в различных средах. Каление производится с полиморфными изменениями и без них. Полиморфные изменения возможны только в тех сталях, в которых присутствуют элементы способные к преобразованию.Закалка сталиТакой сплав подвергается нагреву до той температуры, при которой кристаллическая решетка полиморфного элемента терпит изменения, за счет чего увеличивается растворяемость легирующих материалов. При снижении температуры решетка изменяет структуру из-за избытка легирующего элемента и принимает игольчатую структуру.Невозможность полиморфных изменений при калении обусловлено ограниченной растворимостью одного компонента в другом при быстрой скорости охлаждения. Для диффузии мало времени. В итоге получается раствор с избытком нерастворенного компонента (метастабильтный).

---

Для увеличения скорости охлаждения стали используются такие среды как:

• 
  вода;
  
• 
  соляные растворы на основе воды;
  
• 
  техническое масло;
  
• 
  инертные газы.
  

Сравнивая скоростной режим охлаждения стальных изделий на воздухе, то охлаждение в воде с 600°С происходит в шесть раз быстрее, а с 200°С в масле в 28 раз. Растворенные соли повышают закаливающую способность. Недостатком использования воды считается появление трещин в местах образования мартенсита. Техническое масло используется для закалки легирующих сплавов, но оно пригорает к поверхности.

Нормализация

Нормализация формирует структуру с мелким зерном. Для низкоуглеродистых сталей  — это структура феррит-перлит, для легированных – сорбитоподобная. Получаемая твердость не превышает 300 НВ. Нормализации подвергаются горячекатаные стали. При этом у них увеличивается:

• 
  сопротивление излому;
  
• 
  производительность обработки;
  
• 
  прочность;
  
• 
  вязкость.
  

Режимы обработки:

• 
  происходит нагрев до температуры – на 30°С-50°С выше точки ;
  
• 
  выдерживание в данном температурном коридоре;
  
• 
  охлаждение – на открытом воздухе.
  

Преимущества термообработки

Термообработка стали – это технологический процесс, который стал обязательным этапом получения комплектов деталей из стали и сплавов с заданными качествами. Этого позволяет добиться большое разнообразие режимов и способов термического воздействия. Термообработку используют не только применительно к сталям, но и к цветным металлам и сплавам на их основе.Стали без термообработки используются лишь для возведения металлоконструкций и изготовления неответственных деталей, срок службы которых невелик. К ним не предъявляются дополнительные требования. Повседневная же эксплуатация наоборот диктует ужесточение требований, именно поэтому применение термообработки предпочтительно.В термически необработанных сталях абразивный износ высок и пропорционален собственной твердости, которая зависит от состава химических элементов. Так, незакаленные матрицы штампов хорошо сочетаются при работе с калеными пуансонами.

---