Закалка с полиморфным превращением. Мартенситное превращение.

Закалка с полиморфным превращением – применима ко всем сплавам, в которых при охлаждении происходит изменение типа кристаллической решетки, во время ускоренного охлаждения при такой закалке не протекает мартенситное превращение, а образуется фаза – мартенсит, поэтому закалку с полиморфным превращением часто называют закалкой на мартенсит. Мартенситное превращение. М.п. было открыто при изучении закалки сталей, оно протекает при быстром охлаждении с температур выше А₁. Мартенсит в стали является пересыщенным раствором углерода в a-железе, атомы углерода, растворенные в ГЦК решетке аустенита, сохраняют свое положение в ОЦК рещетке a-железа, в результате решетка мартенсита оказывается сильно искажена, и в ней возникают большие напряжения, т.о. мартенсит имеет тот же состав, что и исходный аустенит, но но отличающийся от аустенита типом кристаллической решетки и представляет собой пересыщенный твердый раствор. Мартенситные превращения бездиффузионные, не сопровождающиеся диффузионным перераспределением атомов железа и углерода. Мартенситное превращение начинается для каждой стали при определённой температуре, обознач.М_н(М_s). Температура начала м.п. всегда выше критической скорости закалки.

М.п. невозможно подавить даже при самых высоких скоростях охлаждения. М.п. заканчивается при температуре М_к(М_f). Т.о. мартенситное превращение происходит в интервале температур М_н и М_к. Мартенсит может образовываться только в интервале температур М_н и М_к.. М.п. не имеет инкубационного периода, при переходе через М_н мгновенно образуется мартенсит. (1 км/с). М.п. никогда не идет до конца, поэтому в закаленной стали всегда есть остаточный аустенит (А_ост).

45. Отпуск закаленной стали. Низкий, средний и высокий отпуск. Нагрев закаленных сталей до температур, не превышающих А₁, называют отпуском. Закаленный сплав находится в кажущемся стабильном состоянии (метастабильном) и обладает повышенным уровнем свободной энергии. При закалке образуется пересыщенный твердый раствор. Главным процессом при старении и при отпуске сплава является распад метастабильного пересыщенного раствора. Процесс распада пересыщенного твердого раствора в закаленном сплаве протекают самопроизвольно и сопровождаются выделением тепла. Основные параметры отпуска – температура нагрева и время выдержки. Отпуску подвергают сплавы, закаленные на мартенсит. При нагреве после закалки увеличивается подвижность атомов и создается условие для протекания процессов, изменяющих структуру сталей в направлении более равновесного состояния. Характер этих процессов определяется особенностями строения закаленных сталей, а) сильно пересыщенные твердые растворы - мартенсита; б)повышенной плотностью в мартенсите дефектов решетки; в) наличием остаточного аустенита. Главным процесс при отпуске – выделение цементита из мартенсита – 1-ое превращение при отпуске закаленной стали. Распад мартенсита происходит в 2 стадии. 1) начиная с Т=80-100 гр. С начинается распад,при этом происходит образование скоплений углерода – кластеров. С Т приблиз. 100 гр. С обнаруживается метастабильный e - карбид, у него другое содержание С чем у Ц и другая кристаллическая решетка. В интервале Т=100-200 гр. С обр-ся «низкотемпературный» цементит (Fe_xC), который отличается от Ц длиной ребра куба. Образование стабильного Ц происходит при Т > 250 гр. С, наиболее активно при Т приблиз.=300-400 гр. С. Следующей стадией является коагуляция (укрупнение за счет других) и сфероидизация Ц. Это завершающая стадия процесса карбидообразования, дело в том, что при распаде М образуются выделения К разной величины, соотносительно концентрации углерода в твердом растворе около мелких и крупных частиц будет разной в твердом растворе. Эта разность концентраций создает условия для диффузии углерода от мест с большей концентрации к объему с меньшей концентрацией, т.е. выравнивание концентраций углерода. В результате выравнивания диффузия a-тверд. р-р около мелких частиц становится ненасыщенным, а около крупных – пересыщенным, тогда К расположенные в объёме с большим содержанием С будут увеличиваться в размерах, а мелкие раств. – коагуляция. Эти процессы стремяться к уменьшению внутренней энергии. К в результате коагуляции увеличивают свои размеры, а в дальнейшем изменяют свою форму – из тонких пластин в сфероиды. Т.о. переносом вещества через твердый раствор осуществляется процессами коагуляции и сфероидизации Ц при отпуске закаленных сталей ниже 350 гр. С эти процессы развиты слабо, интенсивная коагуляция начинается при Т приблиз. = 350-450 гр. С. Выше 550 гр. С частицы Ц становятся сферическими. Средний размер частиц Ц тем больше, чем больше температура отпуска. В процессе отпуска особенно высокоуглеродистых и легированных сталей существенную роль играет распад А_ост, он протекает активно при интервале Т=200-300 гр. С. При этом в начале А_ост превращается в М и начнет распадаться в феррито – цементитную смесь. Виды отпуска сталей. По температуре нагрева при отпуске различают отпуск: а) низкий; б)средний;

в)высокий. А – Низкий отпуск – на отпущенный М проводят при Т=120-250 гр. С, обычно применяют для режущего инструмента. Цель – сохранить твердость и уменьшить остаточные напряжения, возникшие при закалке. Т.о. температура выбирается такой, чтобы твердость и износостойкость или не уменьшались, или уменьшались слабо. Б – Средний отпуск- отпуск на тростит отпуска, проводят при Т=350 – 450 гр. С, его используют в тех случаях, когда необходимо сочетание высокой прочности и высокой упругости. В результате образуются мелкие зерна Ф и мельчайшие выделения Ц, тогда эти выделения Ц служат препятствием на пути движения дислокаций и делают невозможным даже микро деформации – для упругих элементов конструкций(пружин, рессор и т.д.);

В – Высокий отпуск – отпуск на сорбит отпуска. Т=450-650 гр. С, обычно используют в тех случаях, когда необходимо обеспечить сочетание достаточной прочности и пластичности, и тем самым создать структуру с хорошим сопротивлением ударным нагрузкам, и т.о. обеспечить высокую надежность. Поэтому сочетание закалки с высоким отпуском – термическое улучшение, или просто улучшение. Эту термообработку применяют к сталям, содержащим от 0,30 до 0,60 % С – среднеуглеродистые стали (также применяется поверхностная закалка).

46. ХТО – химико-термическая обработка. Общие закономерности. Цементация.

Химико-термической обработкой называют технологические процессы, приводящие к диффузионному насыщению поверхностного слоя деталей различными элементами. ХТО применяют для повышения твердости, износостойкости, сопротивления усталости, а также для защиты от электрохимической и газовой коррозии. Различают три стадии процесса ХТО. 1 – На первой стадии протекают химические реакции в исходной(окружающей) среде, в результате которых образуются активные диффундирующие элементы, по-вимому, в ионизированном состоянии. 2 – на второй стадии процесса они усваиваются насыщаемой поверхностью металла – происходит адсорбция или хемосорбция диффундирующих элементов, в результате чего тончайший поверхностный слой насыщается диффундирующим элементом (абсорбция), возникает градиент концентрации – движущая сила для следующей стадии процесса. 3 – Третья стадия – диффузионное проникновение элемента в глубь насыщаемого металла, которое сопровождается образованием твердых растворов или фазовой перекристаллизацией. Первая и вторая стадии процесса ХТО протекают значительно быстрей третьей – диффузионной стадии, где формируется структура и свойства диффузионной зоны. Третья стадия определяет скорость процесса ХТО. ХТО имеет ряд преимуществ:

1.ХТО можно подвергать детали независимо от их размеров или форм.

2.При ХТО достигается большая разница в свойствах поверхности и сердцевины.

3.После ХТО можно исправить структуру(например: изменить зерно) последующей термической обработки. Вид ХТО определяется названием диффузирующего элемента. Если насыщают поверхность детали углеродом, процесс называют цементацией, азотом–азотированием и т.д. совместное насыщение углеродом и азотом­–цианированием.

Цементация – технологический процесс диффузионного насыщения углеродом. После цементации сталь подвергают закалке и низкому отпуску. Концентрация углерода на поверхности стальной детали составляет 0,8-1%, структура низкоотпущенного мартенсита с мелкими сфероидальными карбидами хорошо сопротивляется износу, твердость поверхности равна 750-950 HV. Сердцевина детали, содержащая 0,08-0,25% С, остается вязкой. Поверхности, не подлежащие цементации, защищиают гальваническим омеднением; толщина медного слоя составляет 0,02-0,05 мм. Цементации обычно подвергают такие детали машин, которые должны иметь износостойкую рабочую поверхность и вязкую сердцевину: зубчатые колеса, валы и пальцы, распределительные валики, кулачки, червяки и т.д. Карбюризаторы – исходная среда для цементации. Применяют два способа цементации: в твердом и газовом карбюризаторе. Процесс цементации в твердом и газовом карбюризаторе идет через газовую фазу. Наиболее распостраненный твердый карбюризатор состоит в основном из древесного угля с добавкой 20-25% ВаСо₃ для интесификации процесса и 3-5% СаСо₃ для предотвращения спекания частиц карбюризатора. 2С + О₂ =2СО; ВаСо₃ + С = ВаО + 2СО; на поверхности детали – реакция диспропорционирования 2СО(обратимая)СО₂ + С. Т.о., в результате обратимой реакции диспропорционирования углерод переносится на насыщаемую поверхность. При газовой цементации в качестве карбюризатора используют разбавленный природный газ, контролируемые атмосферы, получаемые в специальных генераторах, а также жидкие углеводороды, каплями подаваемые в герметичное рабочее пространство печи, где они образуют активную газовую среду. СН₄ =2Н₂ +С.