Билет 11. Виды термической обработки.

1. Виды термической обработки: отжиг, закалка, отпуск, старение;их назначение. Связь диаграмм состояния двойных сплавов и возможных видов их термической обработки.

Виды термической обработки.

 

1) Отжиг – термическая обработка, заключающаяся в нагреве стали выше критической температуры (структура аустенит), выдержки и медленном охлаждении. Задача отжига – получение более или менее равновесной структуры металла. Существует отжиг первого и второго рода.

 

Отжиг первого рода направлен на возвращение в равновесное состояние металла, подвергнутого предварительной пластической деформации.

 

Отжиг первого рода проходит в две стадии: 1) возврат 2) рекристаллизация. В результате пластической деформации в металле возникает особая структура, при которой большинство кристаллов оказывается деформированными в одном направлении.

 

Металл, свойства которого были одинаковы во всех направлениях из-за произвольной хаотической ориентации кристаллов приобретает преимущественные направления распределения свойств. Устранить влияние пластической деформации на структуру металла можно двумя способами.

 

1) Возврат – нагрев металла до относительно низких температур. Результат – искаженная форма кристаллов сохраняется, снимаются внутренние напряжения в структуре. В результате твердость и прочность незначительно уменьшаются, уменьшается склонность к хрупкому разрушению.

 

2) Рекристаллизация – нагрев до высоких температур: чистые металлы – до tр = 0,2-0,3tпл; чистые сплавы – до tp = 0,5-0,6tпл; технические сплавы – до tр = 0,8-0,9tпл. Под действием высоких температур происходит полная перестройка кристаллической структуры металла. Вместо деформированных кристаллов в твердом состоянии происходит зарождение и рост новых равновесных кристаллов. Свойства металла возвращаются к исходным – бывшим до деформации.

 

Отжиг второго рода заключается в нагревании стали выше критической температуры аустенита, выдержки и охлаждении. Направлен на перевод стали, находящейся в неравновесном состоянии после предварительной термической обработки в равновесное состояние.

 

Левый нижний угол диаграммы железо-цементит.

 

I. Полный отжиг. Нагрев до температуры 900–1000° C. Как результат: происходит выравнивание химического состояния (исчезновение ликваций); образуется полностью равновесная структура. Следы предварительной термообработки полностью исчезают. Происходит рост зерна аустенита (гомогенизация).

 

II. Полный отжиг. Структура металла переходит в более равновесное состояние. Ликвации сохраняются, роста зерна не происходит.

 

III, IV. Неполный отжиг. Происходит уменьшение степени неравновесности, частично сохраняются следы предварительной термообработки.

 

V. Сорероидизация, применяется для заэвтектоидных сталей (С>0,8%). Цель – образование сферического цементита. Исчезает цементный скелет. Кристаллы цементита приобретают правильную сферическую форму. Результат – улучшение механических свойств металла, уменьшение хрупкости, увеличение вязкости.

 

2) Закалка – вид термической обработки, заключающийся в нагреве стали выше критической температуры (структура аустенит), выдержки при этой температуре и охлаждении со скоростью выше критической (структура мартенсит). Цель: повышение твердости и прочности стали.

 

Критическая скорость охлаждения – минимальная скорость охлаждения стали, при которой не происходит распада аустенита с образованием перлита (t = 727° C).

 

При охлаждении со скоростью vкр кривая охлаждения касательна к линии начала распада А. При скорости v1<vкр – низкая скорость охлаждения – идет процесс распада А, закалки не происходит. При v2>vкр – происходит закалка с образованием мартенсита. При v3<vкр происходит неполная закалка, часть кристаллов А распадается, часть – превращается в мартенсит.

 

Выбор температуры нагрева стали под закалку.

 

Условия выбора:

 

1) Образование аустенитной структуры должно пройти полностью за относительно непродолжительное время.

 

2) Не должно происходить увеличения размеров зерна аустенита вследствие нагрева.

 

Результаты закалки при разных условиях:

 

1) Температура выше оптимальной: превращение происходит быстро, увеличиваются размеры кристаллов аустенита, следовательно возможно ухудшение свойств закаленной стали.

 

2) Температура оптимальная: превращение происходит быстро, результат качественный.

 

3) Температура ниже оптимальной: Закалка возможна, но недопустимо сильно увеличивается время выдержки.

 

4) Температура ниже критической: Аустенит образуется частично. Результат – неполная закалка.

 

Интервал температур определен экспериментально. Для заэвтектоидных сталей температура нагрева на 20–50° C выше линии SK. Причина: углерод как легирующий элемент способствует повышению устойчивости аустенита.

 

Для заэвтектоидных сталей закалка с температурой выше линии SK приводит к высокому содержанию углерода в аустените. После закалки при низких температурах в структуре находится много остаточного аустенита, как следствие уменьшается твердость. После закалки при температуре на 20–50° C выше линии SK, избыточный углерод остается в виде цементита, содержание углерода в аустените пониженное, аустенит практически полностью превращается в мартенсит. Влияние остаточного аустенита компенсируется высокой прочностью и твердостью вторичного цементита.

 

Способность стали к закалке.

 

1) Закаливаемость – способность стали существенно изменять свои свойства после закалки. Зависит от содержания углерода в стали (С > 0,25%).

 

2) Прокаливаемость – способность стали образовывать мартенсит при низких критических скоростях охлаждения. Чем ниже скорость, тем выше прокаливаемость, тем толще поверхностный слой закаленного металла.