Отжиг второго рода. Закалка без полиморфного превращения

 

Лекция 17

Закалка без полиморфного превращения. Старение.

 

Отжиг второго рода предназначен для изменения фазового состава.

Температура нагрева и время выдержки обеспечивают нужные структурные превращения. Скорость охлаждения должна быть такой, чтобы успели произойти обратные диффузионные фазовые превращения.

Является подготовительной операцией, которой подвергают отливки, поковки, прокат. Отжиг снижает твердость и прочность, улучшает обрабатываемость резанием средне- и высокоуглеродистых сталей. Измельчая зерно, снижая внутренние напряжения и уменьшая структурную неоднородность способствует повышению пластичности и вязкости.

В зависимости от температуры нагрева различают отжиг:

 

1. полный, с температурой нагрева на 30…50 ^oС выше критической температуры А₃

Проводится для доэвтектоидных сталей для исправления структуры.

При такой температуре нагрева аустенит получается мелкозернистый, и после охлаждения сталь имеет также мелкозернистую структуру.

неполный, с температурой нагрева на 30…50^oС выше критической температуры А₁

Применяется для заэвтектоидных сталей. При таком нагреве в структуре сохраняется цементит вторичный, в результате отжига цементит приобретает сферическую форму (сфероидизация). Получению зернистого цементита способствует предшествующая отжигу горячая пластическая деформация, при которой дробится цементитная сетка. Структура с зернистым цементитом лучше обрабатываются и имеют лучшую структуру после закалки. Неполный отжиг является обязательным для инструментальных сталей.

Иногда неполный отжиг применяют для доэвтектоидных сталей, если не требуется исправление структуры (сталь мелкозернистая), а необходимо только понизить твердость для улучшения обрабатываемости резанием.

циклический или маятниковый отжиг (разновидности сфероидизирующего отжига) применяют, если после проведения неполного отжига цементит остается пластинчатым. В этом случае после нагрева выше температуры А₁ следует охлаждение до 680 ^oС, затем снова нагрев до температуры 750…760) ^o С и охлаждение. В результате получают зернистый цементит.

2. изотермический отжиг – после нагрева до требуемой температуры, изделие быстро охлаждают до температуры на 50…100^oС ниже критической температуры А₁ и выдерживают до полного превращения аустенита в перлит, затем охлаждают на спокойном воздухе Температура изотермической выдержки близка к температуре минимальной устойчивости аустенита.

В результате получают более однородную структуру, так как превращение происходит при одинаковой степени переохлаждения. Значительно сокращается длительность процесса. Применяют для легированных сталей.

 

3. Нормализация. Термическая обработка, при которой изделие нагревают до аустенитного состояния, на 30…50 ^oС выше А₃ или А_ст с последующим охлаждением на воздухе.

В результате нормализации получают более тонкое строение эвтектоида (тонкий перлит или сорбит), уменьшаются внутренние напряжения, устраняются пороки, полученные в процессе предшествующей обработки. Твердость и прочность несколько выше, чем после отжига. В заэвтектоидных сталях нормализация устраняет грубую сетку вторичного цементита.

Нормализацию чаще применяют как промежуточную операцию, улучшающую структуру. Иногда проводят как окончательную обработку, например, при изготовлении сортового проката.

4. Патентирование. Для получения высокопрочной канатной, пружинной и рояльной проволоки применяют изотермическую обработку, которая известна с 70-х годов XIX века и получила название патентирования. Суть: проволоку с содержанием углерода 0,45- 0,85% С, нагревают в проходной печи до температуры на 150-200⁰С выше А_С3, пропускают через свинцовую или соляную ванну при t=450-550⁰Си наматываю на приводной барабан. Распад аустенита происходит около изгиба С-кривой вблизи нижней границы перлитного превращения. Получаемая структура – феррито-цементит с очень маленьким межпластинчатым расстоянием. Её принято называть србитом патентирования и трооститом.

Затем проволоку подвергают многократному холодному волочению с большим суммарным обжатием (s_в=1500-2000Мпа).

 

Закалка без полиморфного превращения -

Это Т/О, которая фиксирует при комнатной температуре неравновесное состояние, свойственное сплаву при повышенных температурах.

Она применима для всех сплавов, которые имеют переменную растворимость компонентов в твердом состоянии.

Составы a и b-фаз различны, поэтому при охлаждении по линиям сольвусов по диффузионному механизму будут выделяться избыточные атомы компонентов в форме вторичных a и b-фаз.

При быстрых условиях охлаждения процесс диффузии может быть подавлен и в этом случае при комнатной температуре будет получен высокотемпературный состав фазы. Эта фаза является неравновесной и термодинамически не устойчивой.

Такая Т/О представляет собой закалку без полиморфного превращения

(Часть ДС с ограниченной растворимостью – рассмотреть).

 

При температуре нагрева под закалку раствор будет ненасыщенным, в то время как, после быстрого охлаждения – пересыщенным по отношению к точке сольвуса. Такая закалка к чистым металлам принципиально неприменима (медные, алюминиевые, магниевые и др., а также некоторые легированные стали).

Изменение свойств при закалке зависит от фазового состава и особенностей структуры в исходном и закаленном состоянии, от условий закалки, предыдущей обработки.

Такая закалка может, как упрочнять, так и разупрочнять сплав. Наконец, у очень многих сплавов, к которым можно применить закалку, она практически не изменяет свойств.

Наиболее частый случай – повышение прочности при сохранении высокой пластичности, которая может мало отличаться от пластичности отожженного сплава (типичный пример дуралюмин – Д16).

Полученная при закалке структура будет отличаться термодинамической не стабильность и при определенных внешних условиях (температура, время) возможен распад такой структуры. Одним из механизмов распада является дисперсионное твердение.

 

Старение – это термообработка, при которой происходит распад пересыщенного твердого раствора и образование более равновесной структуры.