Превращения, происходящие в железе и стали при нагреве и охлаждении
ОПРЕДЕЛЕНИЕ КРИТИЧЕСКИХ ТОЧЕК И ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА УГЛЕРОДИСТОЙ СТАЛИ
Термическая обработка стали и ее виды. Химико-термическая обработка стали
Внимательно всмотревшись в излом металла, ясно можно увидеть, что он представляет собой нагромождение совокупность отдельных кристаллов зерен , крепко сцепленных между собой. Мельчайшей частицей металла, как и всякого другого вещества, является атом. В элементарных ячейках, из которых состоят кристаллы железа, атомы расположены в определенном порядке. Это расположение изменяется в зависимости от температуры нагрева. В этом кубе восемь атомов расположены в углах решетки и один в центре. Эта решетка отличается от решетки альфа-железа несколько большим расстоянием между центрами атомов и сохраняется до момента расплавления железа, т. Перестройка кристаллической решетки при медленном охлаждении происходит в обратном порядке: Температурные остановки, при которых происходят перестройки решеток, называются критическими температурами или критическими точками и обозначаются А r при охлаждении и А с при нагревании. В точках А r 2 и А с2 ,не происходит перестройка атомной решетки, а изменяются магнитные свойства железа. При увеличении скорости охлаждения несовпадение критических точек увеличивается, так как температура значительно снижается и железо переохлаждается. Это явление, носит название гистерезис. При нагревании и охлаждении стали происходит также перестройка атомной решетки, но температуры критических точек не постоянны. Они зависят от содержания углерода и легирующих примесей в стали, а также от скорости нагревания и охлаждения. Структурой стали называется внутреннее ее строение. Углерод в стали находится в виде химического соединения с железом, и это соединение называется — цементит. Кроме цементита, в стали имеется феррит, представляющий собой почти чистое железо. В зависимости от содержания углерода большая или меньшая часть феррита находится в механической смеси с цементитом, образуя новую структуру — перлит. Если небольшой кусок металла прошлифовать, отполировать и протравить в специальном реактиве, то под микроскопом можно различить структуры. Ниже приводится описание структур железоуглеродистых сплавов. Аустенит представляет собою твердый раствор углерода и других элементов в гамма-железе. Аустенит образуется при затвердевании жидкой стали и при нагреве твердой стали выше критических температур. В обычных сталях аустенит устойчив только лишь при температуре выше критических точек. При охлаждении, даже самом быстром, с этих температур аустенит превращается в другие структуры. При комнатной температуре аустенит полностью сохраняется в ряде марок нержавеющих сталей, в высокомарганцовистой стали и в незначительном количестве остается при закалке некоторых марок инструментальной и конструкционной сталей. Аустенит мягок, пластичен, тягуч, мало упруг. Твердость его по Бринелю находится в пределах — Феррит представляет собой твердый раствор углерода и других элементов в альфа-железе. Феррит устойчив при температурах ниже критической точки A C1. Он выделяется из аустенита при медленном охлаждении последнего ниже A 6 i. Феррит мягок, сильно тягуч. Свыше этой температуры он теряет магнитные свойства. Цементит представляет собой химическое соединение железа с углеродом Fe 3 C—карбид железа. Выделяется из жидкого и твердого раствора при медленном охлаждении. Цементит весьма тверд и хрупок. Выше этой температуры цементит теряет магнитные свойства. Перлит представляет собой механическую смесь феррита и цементита. Он образуется из аустенита при медленном его охлаждении. При весьма медленном переходе через эту температуру цементит образуется в виде зерен глобулей , и тогда перлит называется зернистым. При более быстром охлаждении цементит приобретает форму пластинок, и такой перлит называется пластинчатым. При весьма быстром охлаждении в результате значительного переохлаждения аустенита вместо перлита получаются другие структуры, о которых речь будет ниже. Перлит магнитен, прочен и пластичен. При обработке резанием наиболее чистую поверхность дает структура зернистого перлита. Мартенсит образуется в результате весьма быстрого охлаждения закалки аустенита. При быстром охлаждении успевает произойти перестройка кристаллической решетки гамма-железа в решетку альфа-железа, выделение же углерода в карбид железа не успевает произойти, и он весь остается растворенным в решетке альфа-железа. Следует указать, что решетка альфа-железа, получающаяся в результате закалки, имеет искаженную форму. Так, размеры ее граней не одинаковы — в одном направлении они удлинены за счет других см. Такая решетка называется тетрагональной. Чем больше в стали углерода, тем больше тетрагональность решетки и тем более велики внутренние напряжения. Троостит представляет собой высокодисперсную мелкораздробленную смесь феррита и карбидов. При нагреве закаленной стали происходит постепенное выделение углерода из кристаллической решетки с образованием карбидов. Троостит менее прочен, более пластичен, чем мартенсит. Сорбит представляет собой дисперсную смесь феррита и карбидов. Карбиды сорбита более крупные, чем троостита. Сорбит пластичен, вязок и магнитен. Ледебурит представляет собой эвтектическую смесь аустенита и цементита. Для того чтобы доэвтектоидную и эвтектоидную сталь полностью отжечь, нормализовать или закалить, их нужно нагреть до такой температуры, при которой они перешли бы в аустенитное состояние. По диаграмме на рис. Линия на диаграмме, обозначенная буквами GS , соответствует окончанию растворения феррита в аустените в доэвтектоидных сталях, а линия SE соответствует окончанию растворения цементита в аустените в заэвтектоидных сталях. Следует указать, что заэвтектоидные стали при операциях термической обработки не нагревают выше линии А c т такая высокая температура нагрева приведет к перегреву и ухудшению свойств стали , а ограничиваются нагревом выше первой критической точки A Cl , что полностью обеспечивает получение необходимых свойств. В сталях, нагретых до аустенитного состояния, при весьма медленном охлаждении произойдут обратные превращения, а именно:. Даже при весьма медленном охлаждении температура распада аустенита не совпадает с теми температурами, при которых аустенит образовался при нагревании. Чем скорость охлаждения больше, тем больше становится гистерезис, т. Как указывалось выше, при быстром охлаждении не успевает произойти превращение аустенита в перлит с выделением избыточного феррита или цементита, а в зависимости от скорости охлаждения аустенит превращается в новые структуры - мартенсит, троостит или сорбит. Сталь с этими структурами отличается от сталей со структурами перлита и феррита повышенной твердостью, прочностью и уменьшенной пластичностью. При несколько меньшей скорости охлаждения образуется структура троостит, а при еще меньшей — сорбит. Троостит и сорбит можно получить не только в результате ускоренного охлаждения, нои путем нагрева закаленной стали, имеющей структуру мартенсита, до температуры ниже A с1 , т. При нагреве до промежуточных температур получаются смешанные структуры: В производственных условиях троостит и сорбит получают путем отпуска закаленной стали. О поведении стали при изотермической обработке, выборе температуры и времени выдержки судят по кривым изотермического превращения, построенным для разных марок стали. Диаграмма изотермического превращения аустенита углеродистой стали. На горизонтальной оси отложено время начала и конца превращения, а на вертикальной— температура, при которой оно происходит. Линия А с соответствует переходу аустенита в перлит, а линия М н — образованию мартенсита из аустенита. На кривой I начинаются, а на кривой II заканчиваются структурные превращения. При охлаждении стали в среде с промежуточными температурами образуются структуры троостита и сорбита с соответствующей твердостью. Изотермический отжиг нашел большое применение при термической обработке инструментальных сталей как процесс, резко уменьшающий время по сравнению с другими видами отжига. Изотермическая закалка в инструментальном деле применяется редко из-за недостаточной для инструмента твердости, достигаемой при этом процессе. Практика термической обработки инструмента. Главная Торговля Литература Марочник Форум Объявления Работа. Зарегистрироваться Запросить новый пароль. Строение стали Внимательно всмотревшись в излом металла, ясно можно увидеть, что он представляет собой нагромождение совокупность отдельных кристаллов зерен , крепко сцепленных между собой. Критические точки превращения На рис. Кривые охлаждения и нагрева чистого железа. Диаграмма состояния углеродистых сталей. Структура стали Структурой стали называется внутреннее ее строение. Аустенит немагнитен, обладает невысокой электропроводностью. Строение кристаллической решетки стали, закаленной на мартенсит. Микроструктура отожженной углеродистой стали: Структура стали представляет собой перлит. Структура стали представляет собой перлит и феррит. При пересечении линии GS в точке К2 закончится растворение феррита и структура будет полностью состоять из аустенита. Для этой стали точка К 1 на диаграмме будет нижней критической точкой Ас1 ,а К 2 — верхней критической точкой А с 1 ,. Структура стали представляет собой перлит и цементит. При пересечении линии SEв точке Р2 это растворение закончится. Превращения, происходящие в стали при медленном охлаждении В сталях, нагретых до аустенитного состояния, при весьма медленном охлаждении произойдут обратные превращения, а именно: Превращения, происходящие в стали при быстром охлаждении Как указывалось выше, при быстром охлаждении не успевает произойти превращение аустенита в перлит с выделением избыточного феррита или цементита, а в зависимости от скорости охлаждения аустенит превращается в новые структуры - мартенсит, троостит или сорбит. Все материалы размещенные на сайте предоставляются бесплатно.