что называется химико термической обработкой хто железоуглеродистых сплавов
Химико-термическая обработка металлов
В подавляющем большинстве случаев химико-термическую обработку проводят с целью обогащения поверхностных слоев изделий определенными элементами. Их называют, насыщающими элементами или компонентами насыщения.
В результате ХТО формируется диффузионный слой, т.е. изменяется химический состав, фазовый состав, структура и свойства поверхностных слоев. Изменение химического состава обуславливает изменения структуры и свойств диффузионного слоя.
Содержание
Классификация процессов химико-термической обработки
В зависимости от насыщающего элемента различают следующие процессы химико-термической обработки:
Широкое промышленное применение получили только традиционные процессы насыщения: азотирование, цементация, нитроцементация, цианирование. Цинкование, алитирование, борирование, хромирование, силицирование применяют значительно в меньшей мере.
При реализации любого процесса ХТО изделия выдерживают определенное время при температуре насыщения в окружении насыщающей среды. Насыщающие среды могут быть твердыми, жидкими или газообразными.
Существующие методы химико-термической обработки можно разделить на три основные группы: насыщение из твердой фазы (в основном, из порошковых засыпок), насыщение из жидкой фазы и насыщение из газовой (или паровой) фазы. Особо выделяют метод ХТО в ионизированных газах (ХТО в плазме тлеющего разряда). Насыщение из паст (обмазок) занимает особое положение (в зависимости от состава, консистенции обмазки и температурно-временных условий химико-термической обработки тяготеет к одному из указанных выше методов насыщения)
В настоящее время активно изучают способы ХТО, реализующиеся при воздействии на поверхность концентрированными потоками энергии.
Массоперенос при химико-термической обработке
При любом процессе ХТО в реакционной системе протекают определенные процессы и реакции. Условно весь процесс массопереноса (насыщения) при ХТО может быть представлен в виде пяти последовательно реализующихся стадий:
Но даже эта, довольно общая схема процесса диффузионного насыщения не описывает в полной мере всей сложности явлений, имеющих место при ХТО.
Важнейшим условием образования диффузионного слоя (необходимым, но не достаточным) является существование растворимости диффундирующего элемента в насыщаемом металле при температуре химико-термической обработки. Диффузионные слои могут также образовывать элементы, имеющие при температуре процесса малую растворимость в насыщаемом металле, но образующие с ним химические соединения.
Толщина диффузионного слоя, а следовательно и толщина упрочненного слоя поверхности изделия, является наиболее важной характеристикой химико-термической обработки. Толщина слоя определяется рядом таких факторов, как температура насыщения, продолжительность процесса насыщения, состав стали, то есть содержание в ней тех или иных легирующих элементов, градиент концентраций насыщаемого элемента между поверхностью изделия и в глубине насыщаемого слоя.
Применение
ХТО применяют с целью:
Требуемые свойства диффузионных (поверхностных) слоев могут формироваться как в процессе химико-термической обработки (азотирование, хромирование, борирование и др.), так и при последующей термообработке (цементация, нитроцементация).
Лекция на тему Химико-термическая обработка стали с презентацией
Онлайн-конференция
«Современная профориентация педагогов
и родителей, перспективы рынка труда
и особенности личности подростка»
Свидетельство и скидка на обучение каждому участнику
Лекция на тему: Химико-термическая обработка стали
1. Понятие о химико-термической обработке (ХТО) стали и процессах с ней связанных.
2. Виды ХТО, технология их проведения и назначение.
3. Диффузионная металлизация.
1. Литература: Технология металлов и материаловедение: Учеб.для вузов / Кнорозов Б. В., Усова Л. Ф., Третьяков А. В. и др. / Под. ред. Л. Ф. Усовой. – М.: Металлургия, 1987. – с.208-216
Химико-термической обработкой называется процесс поверхностного насыщения стали различными элементами, путем их диффузии из внешней среды при высокой температуре. Цель химико-термической обработки-поверхностное упрочнение металлов и сплавов и повышение их стойкости против воздействия внешних агрессивных сред при нормальной и повышенной температурах.
Процессы химико-термической обработки состоят из трех стадий :
диссоциации, которая заключается в распаде молекул и образовании активных атомов
адсорбиции, т.е. кантактирования атомов диффундирующего элемента с поверхностью стального изделия и образования химических связей с атомами металла; диффузии, т.е. проникновения насыщающего элемента в глубь металла.
Скорость диффузии при проникновении диффундирующих атомов в решетку растворителя будет выше, если при взаимодействии образуется твердые растворы внедрения, и значительно ниже, если образуются твердые растворы замещения.
Концентрация диффундирующего элемента на поверхности зависит от притока атомов этого элемента к поверхности и от скорости диффузионных процессов, т.е. отвода этих атомов в глубь металла.
Толщина диффузионного слоя зависит от температуры нагрева, продолжительности выдержки при насыщении и концентрации диффундирующего элемента на поверхности.
Чем выше концентрация диффундирующего элемента на поверхности детали, тем выше толщина слоя. Чем выше температура процесса, тем больше скорость диффузии атомов, а следственно, возрастает толщина диффузионного слоя.
Границы зерен являются участками, где диффузионные процессы облегчают из-за наличия большого числа дефектов кристаллического строения. Если растворимость диффундирующего элемента в металле мала, то часто наблюдается преимущественная диффузия по границам зерен. При значительной растворимости диффундирующего элемента в металле роль пограничных слоев уменьшается. В момент фазовых превращений диффузия протекает быстрее.
Цементацией называется процесс насыщения поверхностного слоя стальных изделий углеродом. Цементация осуществляется с целью получения высокой твердости на поверхности изделия при сохранении вязкой сердцевины, она способствует повышению износостойкости и предела выносливости.
Цементация осуществляется при температурах выше 900-950с. Чем меньше углерода в стали, тем выше температура нагрева для цементации. При этих температурах атомарный углерод адсорбируется на поверхности стали и диффундирует в глубь металла.
В результате цементации содержание углерода в поверхностном слое составляет 0,8-1,0 %. Более высокая концентрация углерода способствует охрупчиванию цементованного слоя.
Среда, в которой проводят цементацию, называют карбюризатором.
Цементация в твердой среде.
Карбютизатором является активированный древесный уголь, а также каменноугольный полукокс и торфяной кокс. Для ускорения процесса к древесному углю добавляют активизаторы – углекислый барий, кальцинированную соду, поташ в количестве 10-40% от массы угля.
Обычная рабочая смесь, применяется для цементации, состоит из 25-35% свежего карбюризатора и 65-75% отработанного.
Подготовленнные для цементации изделия укладывают в металлический ящик. Предварительно в ящик насыпают слой карбюризатора 20-30см. Детали укладывают слоями на расстоянии 10-15 мм друг от друга. Каждый слой детали засыпают карбюризатором и на него укладывают следующий слой деталей.
Повышенная температура цементации до 950-1000с позволяет значительно ускорить процесс, но такой режим применим для наследственно мелкозернистых сталей.
После цементации детали подвергают нормализации для измельчения зерна, повторной закалке и низкотемпературному отпуску. В результате такой обработки поверхностный слой приобретает структуру мартенсита отпуска с включениями избыточных карбидов с твердостью HRC 60-63.
Структура сердцевины зависит от состава стали и режима закалки. У углеродистых сталей она состоит из феррита и сорбита или троостита, а у легированных из малоуглеродистого мартенсита.
Процесс заключается в нанесение на поверхность обрабатываемой детали слоя вещества в виде суспензии, обмазки или шликера, в сушке и последующим нагреве. Вид пасты определяет технологию ее нанесения. Паста сравнительно жидкой консистенции наносится на детали окунанием, а более густо-с помощью кисти. Толщина слоя пасты должна быть в 6-8 раз больше заданной глубины цементованного слоя. Основными компонентами паст являются сажа и кальцинированная сода, кокс малосернистый, сода или поташ.
Высушенные детали аккуратно, чтобы не повредить слой пасты, укладывают одна на другую в ящик и закрывают его крышкой. Ящик загружают в печь с температурой 950-1050с; чем выше температура нагрева, тем меньше длительность процесса. Кроме того, для нагрева деталей можно применять токи высокой и промышленной частоты.
По окончанию выдержки детали охлаждают в ящиках на воздухе. Можно осуществить также подсуживание до закалочной температуры и произвести закалку непосредственно с цементационного нагрева.
Газовая цементация. В настоящие время газовая цементация является основным процессом цементации на заводах массового производства. При газовой цементации сокращается длительность процесса, так как отпадает необходимость прогрева ящиков, можно обеспечивать более полную механизацию и автоматизацию процесса, упрощается последующая термическая обработка и, самое главное, можно получить заданную концентрацию углерода в слое.
Цементацию выполняют в шахтных, муфельных или безмуфельных печах непрерывного печах непрерывного действия.
Под углеродным потенциалом атмосферы понимают определенную концентрацию углерода на поверхности цементованного слоя. Для ускорения процесса углеродный потенциал атмосферы в печи меняют по зонам. Вначале его поддерживают высоким, обеспечивающим получение в поверхностном слое концентрации углерода 1,3-1,4%, а затем его снижают для получения в этом слое оптимального содержания углерода 0,8%.
После газовой цементации применяют закалку непосредственно из цементационной печи предварительно сделав подстуживание до температуры 850-830с. Заключительной операцией является низкотемпературный отпуск при температуре 160-180с.
Азотированием называется процесс насыщения поверхности стали азотом. Процесс осуществляется в среде аммиака при температуре 480-650с. При этих температурах выделяется атомарный азот, который диффундирует в поверхностные слои детали.
При азотировании легированных сталей азот образуется с легирующими элементами устойчивые нитриды, которые придают азотированному слою высокую твердость.
Твердость поверхностного слоя деталей после азотирования достигает HV 11000-12000.
Перед азотированием детали подвергают термической обработке, состоящей из закалки и высокотемпературного отпуска. Затем производят механическую обработку, придающую окончательные размеры изделию.
Участки, не подлежащие азотированию, защищают тонким слоем олова, нанесенным электролитическим методом, или жидким стеклом. В процессе азотирования олово расплавляется и благодаря поверхностному натяжению удерживается на поверхности стали в виде тонкой непроницаемой для азота пленки.
Обычно процесс азотирования ведут при температурах 500-520с. В этом случае получают толщиной до 0,5мм за 24-90ч.
В процессе азотирования изменяются размеры деталей за счет увеличения объема поверхностного слоя. Чем выше температура процесса и больше толщина азотированного слоя, тем больше изменение размеров детали.
Процесс жидкого азотирования осуществляется при температуре 570с в расплаве цианосодержащих солей. В ходе процесса расплав непрерывно продувается сухим и чистым воздухом, что обеспечивает превращения цианида в цианат, являющийся поставщиком атомов углерода и азота.
Менее распространены процессы азотирования в бесцианистых солях, содержащих азот и в расплавах нейтральных солей, через которые продувают аммиак.
Широкое применение получает ионное азотирование. По сравнению с газовым азотированием оно имеет ряд преимуществ: меньшую продолжительность процесса, более высокое качество азотированного слоя, пониженную хрупкость слоя.
Рабочее давление в камере печи составляет 130-1300Па. При более высоком давлении тлеющий разряд становится менее стабильным и чаще переходит в дуговой. Это может вызвать перегрев поверхности и даже ее оплавление.
Цианирование и нитроцементация.
Цианирование называется процесс одновременного насыщения поверхности деталей углеродом и азотом.
На состав и свойства цианированного слоя особое влияние оказывает температура процесса. Повышение температуры цианирования ведет к увеличению содержания углерода в слое, снижает температуры- к увеличению содержания азота.
Толщина цианированного слоя также зависит от температуры-и продолжительности процесса. Для цианирования применяют стали, содержащие 0,3-0,4% углерода.
Цианирование при температурах 820-850С позволяет осуществлять закалку непосредственно из ванны. После закалки следует низкотемпературный отпуск. Твердость цианированного слоя после термической обработки HRC 59-62.
Цианирование при температурах 820-850С позволяет получать слои толщиной 0,15-0,35 мм за 30-90 минут. Глубокое цианирование имеет ряд преимуществ по сравнению с цементацией: меньше продолжительность процесса для получения слоя заданной толщины; меньше деформация и коробление; более высокое сопротивление износу и повышенная усталостная прочрость.
После цианирования детали охлаждают на воздухе, повторно нагревают для закалки и проводят низкотемпературный отпуск.
Недостатком цианирования является ядовитость цианистых солей. Поэтому цианирование проводят в специально выделенных помещениях с соблюдением мер предосторожности.
Нитроцементацию осуществляют при температурах 840-860С в газовой смеси из науглероживающего газа и аммиака. Продолжительность процесса зависит от глубины насыщаемого слоя и составляет 1-10 ч. Толщина слоя колеблется от 0,1 до 1 мм.
После нитроцементации изделия подвергают закалке и низкотемпературному отпуску при температуре 160-180С.
Низкотемпературное цианирование осуществляется при температурах 540-560С в расплавленных цианистых солях.
Низкотемпературному цианированию подвергают инструмент из быстрорежущих сталей для повышения его стойкости при резании. В результате такой обработки образуется нитроцементованный слой толщиной 0,02-0,04мм твердостью HV 9500-11000. Длительность процесса 1-1,5 часа.
Нитроцементация в твердых смесях применяется для повышения стойкости инструментов из быстрорежущей стали. Инструменты укладываются в металлические ящики и пересыпаются смесью, состоящей из 60-80% древесного угля и 20-40% желтой кровяной соли или другого состава. Потом ящики закрывают и устанавливают в печь с температурой 550-560С. После выдержки 2-3ч ящики выгружают из печи и охлаждают до 200-100С. Затем ящики раскрывают и вынимают инструмент, очищая металлическими щетками.
Хрупкость слоя возникает при пересыщении слоя углеродом и азотом, когда образуется сетка или сплошная корка карбонитридов у самой поверхности.
«Темная составляющая» в структуре возникает после нитроцементации в виде темной разорванной или сплошной сетки, обнаруживаемой на нетравленных микрошлифах. Причина: повышенная концентрация азота, увеличение времени выдержки и появление окисляющих газов в рабочем пространстве печи.
Диффузионной металлизация-это процесс диффузионного насыщения поверхностных слоев стали различными металлами. Она может осуществляться в твердых, жидких и газообразных средах.
При диффузионной металлизации в твердых средах применяют порошкообразные смеси, состоящие из ферросплавов с добавлением хлористого аммония в количисве 0,5-5%.
Жидкая диффузионная металлизация осуществляется погружением детали в расплавленный металл (например цинк, алюминий).
Диффузия металлов в железе идет значительно медленнее, чем углерода и азота, потому что углерод и азот образуют с железом твердые растворы внедрения, а металлы – твердые растворы замещения. Это приводит к тому, что диффузионные слои при металлизации получаются в десятки раз более тонкими.
Поверхностное насыщение стали металлами проводится при температуре 900-1200С.
Алитирование м называется процесс насыщения поверхности стали алюминием. В результате алитирования сталь приобретает высокую окалиностойкость и коррозионную стойкость в атмосфере и в ряде сред.
При алитировании в порошкообразных смесях чистые детали вместе со смесью упаковывают в железный ящик.
Алитирование в расплавленном алюминии отличается от алитирования в порошкообразных смесях простотой метода, быстрой и более низкой температурой.
Основным недостатком является- налипание алюминия на поверхность детали.
Алитированные стали металлизацией с последующим диффузионным отжигом в несколько раз дешевле, чем в порошках.
Алитированием подвергают трубы, инструмент для литья цветных сплавов, чехлы термопар, детали газогенераторных машин и т.д.
Хромирование проводят для повышения коррозионной стойкости, кислотостойкости, окалиностойкости и т.д. Хромирование средне- и высокоуглеродистых сталей повышает твердость и износостойкость.
Хромирование чаще всего проводят в порошкообразных смесях. Процесс происходит при температуре 1000-1050С.Диффузионный слой, получаемый при хромировании углеродистых сталей, состоит из карбидов хрома. Карбидный слой имеет высокую твердость HV 12000-13000. Толщина хромированного слоя достигает 0,15- 0,20 мм при длительности процесса 6-15ч.Чем больше углерода в стали, тем меньше толщина слоя.
Иногда применяют хромирование в вакууме. Издели засыпают кусочками хрома в стальном или керамическом тигле и помещают в вакуумную печь.
Хромирование применяют для пароводяной арматуры, клапанов, вентилей.
Борированием называется насыщение стали бором. Борирование проводят с целью повышения стойкости против абразивного износа. Толщина борированных слоев не превышает 0,3мм, твердость HV 18000-20000.
Широкое распространение получил метод электролизного борирования в расплавленных солях, содержащих бор. Деталь служит катодом в ванне с расплавленной бурой. Температура процесса 900-950С. Процесс можно вести и без электролиза в ваннах с расплавленными хлористыми солями, в которые добавляют порошкообразный ферробор или карбид бора.
Борированию подвергают втулки грязевых нефтяных насосов, штампы.
Силицированием называется процесс насыщения поверхности стали кремнием. В результате силицирования сталь приобретает высокую коррозионную стойкость в морской воде, в различных кислотах и повышенную износостойкость. Кроме того, силицирование резко повышает окалиностойкость молибдена и некоторых других металлов и сплавов.
Силицированный слой представляет собой твердый раствор кремния в а-железе. Силицированный слой несмотря на низкую твердость ( HV 2000-3000) и пористость после пропитки маслом при температуре 170-200С имеет повышенную износостойкость.
При газовом силицировании при температуре 1000С в течение 2-4ч образуется слой толщиной 0,5-1,0 мм.
Силицированием подвергают детали, применяемые а оборудовании химической, бумажной и нефтяной промышленности.
1. Что называется ХТО и с какой целью ее проводят?
2. Какие процессы характеризуют ХТО?
3. Какие виды ХТО Вам известны?
4. Какую микроструктуру получают стали после каждого вида ХТО?
5. Что называется диффузионной металлизацией и с какой целью она проводится?
6. При какой температуре проводится диффузионная металлизация?
7. Охарактеризуйте виды диффузионной металлизации.
Темы для рефератов (самостоятельная работа):
1. Диффузионая металлизация, ее виды и технология проведения.
2. Влияние химико-термической обработки на технологические и эксплуатационные свойства сталей и изделий из них.
Литература и интернет источники:
1. Технология металлов и материаловедение: Учеб.для вузов / Кнорозов Б. В., Усова Л. Ф., Третьяков А. В. и др. / Под. ред. Л. Ф. Усовой. – М.: Металлургия, 1987. – с.208-216
2. Остапенко Н.Н.,Крапивницкий Н.Н. Технология металлов. М. Высшая школа,1970г.
3. А. Н. Минкевич. «Химико-термическая обработка металлов и сплавов»
Издательство «Машиностроение» Москва, 1965 г.
3.Усова Л.Ф. (под ред.), Кнорозов Б.В. и др. Технология металлов и материаловедение.М.: Металлургия, 1987. (с.208-217).
Если Вы считаете, что материал нарушает авторские права либо по каким-то другим причинам должен быть удален с сайта, Вы можете оставить жалобу на материал.
Термическая обработка железоуглеродистых сплавов
Цель – отжиг
Цель отжига заключается в том, чтобы стальные заготовки сделать мягче для обеспечения механической обработки, а также для того, чтобы уничтожить внутренние напряжения, полученные при прокатке или отковке. [1]
Цель отжига – улучшение структуры и обрабатываемости материалов, снятие внутренних напряжений и др. Микроструктура материалов в результате отжига становится равновесной. [2]
Цель отжига заключается в том, чтобы стальные заготовки сделать мягче для последующей механической обработки, а также для того, чтобы уничтожить внутренние напряжения, полученные при прокате или отковке. Для полного отжига сталь кладут в чугунный ящик, наполненный смесью из дре-весно-угольного порошка, жженых костей, обугленной кожи, песка огнеупорной глины или других подобных веществ, после чего ящик с деталями нагревают в печи до необходимой температуры; продолжительность нагрева зависит от размеров загруженных деталей. После нагрева ящик вместе с заложенными в нем деталями ( для предупреждения закалки) должен медленно остыть. Особенно важно при отжиге устранить доступ воздуха к нагретой стали, чтобы предупредить ее окисление. Низкоуглеродиетая сталь должна быть отожжена при температуре около 900 С, высокоуглеродистая – приблизительно при 750 – 820 С. Эта температура должна поддерживаться достаточно долго, чтобы. [3]
Цель окончательного рекристаллизационного умягчающего отжига прутков калиброванной стали в большинстве случаев состоит в том, чтобы обеспечить им заданную твердость. Отжиг проводят в трубах или ведут открытый отжиг. При открытом отжиге в печах без защитной атмосферы прутки покрываются слоем окалины, вследствие чего в большинстве случаев требуется последующее травление металла. [4]
Какова цель отжига и как он производится. [5]
Согласно общепринятому мнению целью отжига является уменьшение существующих напряжений до достаточно низких значений, чтобы придать изделию способность противостоять термическим ударам и износу при его использовании. Все же следует упомянуть также и о ряде других явлений, обусловливаемых термической обработкой стекла. [6]
Читать также: Мотопила штиль 180 цена инструкция возможные неисправности
При нагреве только немного выше Асг эта сетка не уничтожится, и хотя между нею и произойдет перекристаллизация, но сетка цементита будет как бы фиксировать исходную структуру, и цель отжига не будет достигнута. Для достижения ее нужно предварительно растворить сетку путем нагрева выше точки Асст ( линия SE) и быстро охладить ( в масле или воде), чтобы сетка не успела вновь образоваться. [12]
Читать также: Станок листогиб своими руками
Другой фактор – температура нагрева ( до состояния аустенита) тоже важен, но не так, как первый, поскольку недогрев до точек Лс3 или Arcm может несколько снизить результаты: отжиг будет несовершенным ( неполный отжиг), но все же он может быть осуществлен, тогда как без надлежащей медленности охлаждения цель отжига на перлит не будет достигнута. [13]
При непосредственном изотермическом отжиге – горячего Металла после прокатки, ковки. Однако в большинстве случаев цель отжига легированных сталей ( а особенно слитков) состоит в улучшении обрабатываемости резанием и в снижении дефектов, связанных с ускоренным охлаждением металла. [14]
Железоуглеродистые сплавы
Диаграмма железо-углерод описывает превращения, происходящие при разных температурах с железоуглеродистыми сплавами. При этом существенный практический интерес имеет эвтектоидное превращение, то есть образование и распад аустенита. Начало перлито-аустенитного превращения сопровождается образованием первых зерен аустенита. Первые зерна аустенита образуются на границе между ферритом и цементитом — структурными составляющими перлита. Так как эта граница весьма разветвлена, то превращение начинается с образования множества мелких зерен. Следовательно, по окончании превращения образуется большое количество малых аустенитных зерен. Размер этих зерен характеризует так называемую величину начального зерна аустенита. В 1 см3 перлита площадь границы между ферритом и цементитом составляет несколько квадратных метров. Дальнейший нагрев (или выдержка) по окончании превращения вызывает рост аустенитных зерен. Рост зерна, — самопроизвольно протекающий процесс, так как при этом уменьшается суммарная поверхность зерен (уменьшается поверхностная энергия), высокая температура обеспечивает лишь достаточную его скорость. Различают два типа сталей: наследственно мелкозернистую и наследственно крупнозернистую; первая характеризуется малой склонностью к росту зерна, вторая — повышенной склонностью. Переход через критическую точку 727°С сопровождается резким уменьшением зерна. При дальнейшем нагреве зерно аустенита в мелкозернистой стали не растет до 950 — 1000°С, после чего устраняются факторы, препятствующие росту, и зерно начинает быстро расти. У крупнозернистой стали, ничто не препятствует росту зерна, который начинается вскоре после перехода через критическую точку. Под наследственной зернистостью следует подразумевать склонность аустенитного зерна к росту. Размер зерна, полученный в стали в результате той или иной термической обработки, — это так называемое действительное зерно. Таким образом, различают:
1) начальное зерно — размер зерна аустенита в момент окончания перлито-аустенитного превращения; 2) наследственное (природное) зерно — склонность аустенитных зерен к росту; 3) действительное зерно — размер зерна аустенита в данных конкретных условиях.
На свойства стали влияет только действительный размер зерна, наследственный размер зерна влияния не оказывает. Если у двух сталей одной марки (одна наследственно крупнозернистая, другая наследственно мелкозернистая) при различных температурах термических обработок будет получен одинаковый действительный размер зерна, то свойства их будут одинаковыми. Наследственно мелкозернистая сталь не склонна к перегреву, т. е. интенсивный рост зерен начинается при значительно более высокой температуре, чем у наследственно крупнозернистой. Поэтому интервал температур закалки у наследственно мелкозернистых сталей значительно шире, чем у наследственно крупнозернистых.
Наследственно мелкозернистую сталь можно прокатывать (ковать) при более высоких температурах и заканчивать прокатку (ковку) при более высокой температуре, не опасаясь получения при этом крупнозернистой структуры. Как правило, все спокойные марки стали изготавливают наследственно мелкозернистыми, а кипящие стали — наследственно крупнозернистыми. Сдерживание роста зерна в наследственно мелкозернистой стали вызвано расположением по границам зерен нитридов и окислов алюминия, которым раскисляют спокойную сталь. После 1000°С нитриды и окислы растворяются, устраняется барьер, препятствующий росту зерна и начинается интенсивный его рост.
Превращение аустенита в перлит заключается в распаде аустенита — твердого раствора углерода в γ-железе, на почти чистое α-железо и цементит:
Превращение может начаться не в точке 727°С, а при некотором переохлаждении, когда свободная энергия ферритокарбидной смеси (перлита) окажется меньшей, чем свободная энергия аустенита Чем ниже температура превращения, тем больше переохлаждение, тем больше разность свободных энергий, тем быстрее происходит превращение. В случае перлитного превращения образуются фазы, резко отличающиеся по составу от исходной: феррит, почти не содержащий углерода, и цементит, содержащий 6,67% С. Поэтому превращение аустенит-перлит сопровождается диффузией, перераспределением углерода. Скорость диффузии резко уменьшается с понижением температуры, следовательно, с этой точки зрения увеличение переохлаждения должно замедлять превращения. Суммарное действие обоих факторов приводит к тому, что вначале с увеличением переохлаждения скорость превращения возрастает, достигает при каком-то значении переохлаждения максимума и затем убывает При 727°С и ниже 200°С скорость превращения равна нулю, так как при 727°С равна нулю разность свободных энергий, а при 200°С равна нулю (точнее, недостаточна) скорость диффузии углерода. В процессе аустенито-перлитного превращения ведущей, в первую очередь возникающей, фазой является карбид (цементит). Его зародыши, как правило, образуются на границах зерен аустенита. В результате роста частиц карбида прилегающий к нему объем аустенита обедняется углеродом, снижает свою устойчивость и испытывает полиморфное превращение. При этом кристаллики феррита зарождаются на границе с цементитом, который облегчает этот процесс. Дальнейший рост ферритных пластинок ведет к обогащению окружающего аустенита углеродом, что затрудняет дальнейшее развитие превращения. В обогащенном таким образом углеродом аустените зарождаются новые и растут ранее возникшие пластинки цементита. В результате происходит колониальный (совместный) рост кристалликов феррита и цементита, образующих перлитную колонию — продукты перлитного превращения имеют пластинчатое строение. Чем больше переохлаждение, тем тоньше получающаяся феррито-цементитная структура, т. е. меньше величина межпластиночного расстояния, равного усредненной сумме толщин двух пластинок феррита и цементита и выше твердость Пластинчатые структуры эвтектоидного типа часто определяют как перлит, сорбит и троостит или соответственно грубо-, средне- и тонко дифференцированный перлит. Надо, однако, учитывать, что разделение феррито-цементитной структуры на перлит, сорбит и троостит условно и между этими, структурами нет четкой границы. Перлит, сорбит и троостит, образующиеся при диффузионном распаде переохлажденного аустенита, являются феррито-цементитньми структурами, имеющими пластинчатое строение, и различающиеся лишь степенью дисперсности.
Процессы распада аустенита при определенных переохлаждениях достаточно наглядно описываются диаграммами изотермического превращения аустенита (С-образные диаграммы), которые строятся на основании термокинетических кривых распада (см. рисунок слева).
Промежуточная структура, образующаяся в диапазоне 500 — 250°С называется бейнитом и представляет собой механическую смесь пересыщенного раствора углерода в α-железе и карбидных включений.
Практический интерес представляют диаграммы анизотермического превращения, то есть превращения протекающего при непрерывном охлаждении. При этом на диаграмму наносится кривая скорости охлаждения и в зависимости от величины скорости охлаждения (угол наклона кривой скорости) получаем те или иные структуры (см. рисунок выше) Скорость охлаждения, описываемая кривой касательной к кривой начала превращения называется критической скоростью охлаждения. Если реальная скорость больше критической скорости, то получаем бездиффузионное мартенситное превращение, то есть структуру закалки. Естественно, чем больше устойчивость аустенита (больше величина инкубационного периода), тем правее будут сдвинуты С-образные диаграммы и тем меньше будет Vкр. Углерод, а также все легирующие элементы (кроме кобальта) увеличивают устойчивость аустенита и тем самым снижают критическую скорость охлаждения.
Легированные стали по количеству легирующих элементов подразделяются на низколегированные (одного элемента менее 2% или сумма менее 5%), среднелегированные (одного элемента от 2 до 5% или сумма менее 10%) и высоколегированные (одного элемента от 5 до 10% или сумма более 10%). Поэтому средне и высокоуглеродистые или легированные стали более склоны к образованию мартенситной структуры, чем малоуглеродистая сталь, или низколегированные.
СТРАНИЦЫ
Что такое отжиг?
Отжигом называют термическую операцию, заключающуюся в нагревании материала до определенной температуры, выдерживании его при этой температуре и медленном охлаждении.
Какова цель отжига углеродистых сталей?
Целью отжига углеродистой стали является снятие внутренних напряжений, получение мелкозернистой структуры стали, уменьшение твердости, улучшение обрабатываемости, а также увеличение пластичности и вязкости стали.
Перечислить виды отжига углеродистых сталей.
Различают следующие виды отжига углеродистых сталей: для снятия наклепа, диффузионный, рекристаллизационный, изотермический, на зернистый перлит, нормализация (таблица ниже).
Что такое диффузионный отжиг?
Диффузионный отжиг — нагревание стали до температуры 1000—1250° С (оптимальная температура 1150° С), выдерживание при этой температуре в течение определенного времени и последующее медленное охлаждение в течение 6—8 ч до температуры 800—890° С в печи, а затем — на воздухе. Целью этой операции является уменьшение неоднородности химического состава деталей, имеющих внутрикристаллическую ликвацию. Эта операция используется для крупного стального литья и крупных слитков из легированных сталей.
Бывший в пользовании инструмент (молоток, зубило, пробойник, напильник, плашка и т. д.) с целью его переделки или исправления подвергают нормализации. Отжиг этого вида основан на нагревании стали до температуры выше критической точки Лс3 на 50—70° С для доэвтектоидной стали и выше точки Ас1 (температура 723° С) для стали с углеродом менее 0,3%, кратковременной выдержке при этой температуре и последующем постепенном охладжении на воздухе (рис. 51).
Страницы: 1 2
Автор admin | Категория | 11 23, 2008 | Комментариев нет