Реферат Курсовая Конспект
Краткие теоретические сведения - раздел Физика, ФИЗИЧЕСКОЕ МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ Термической Обработкой Называется Нагрев Стали До Определенной Температуры, ...
|
Термической обработкой называется нагрев стали до определенной температуры, выдержка ее при данной температуре и последующее охлаждение с заданной скоростью.
Целью термической обработки является получение заданных свойств стали путем изменения ее структуры без изменения формы и состава. Любой режим термической обработки может быть представлен графически в координатах «Температура-время» (рис. 12.1).
Рисунок 12.1 - График термической обработки |
Первым этапом термической обработки является нагрев стали. В большинстве случаев цель нагрева - получение аустенитной структуры. Выбор температуры нагрева углеродистой стали осуществляют, используя диаграмму состояния Fе-С (рис. 12.2).
Дозвтектоидные стали нагревают до температур на 30-50 °С выше критической точки Асз по диаграмме состояния Fе-С; эвтектоидную и заэвтек-тоидные стали – на 30-50 °С выше критической точки Ас1. (см. рис. 12.2).
Рисунок 12.2 – Нижняя левая часть диаграммы состояния Fе-С |
Вторым этапом термической обработки является выдержка, которая должна обеспечить полный прогрев изделия по сечению для завершения фазовых превращений, а также полную гомогенизацию аустенита. Время выдержки зависит от химического состава стали, размеров изделия, а также от температуры нагрева. Чем больше легирована сталь и чем больше размеры изделия, тем больше время выдержки. Чем выше температура нагрева (при прочих равных условиях), тем меньше время выдержки.
Третьим этапом термической обработки является охлаждение стали из аустенитного состояния. Различная скорость охлаждения приводит к получению различных структур, а следовательно, и различного сочетания механических свойств.
Рассмотрим превращения аустенита в зависимости от скорости охлаждения на примере звтектоидной стали, содержащей 0,8 %С.
В верхнем интервале температур, т.е. ниже равновесной температуры А1 и до температуры минимальной устойчивости аустенита tmin равной для углеродистых сталей приблизительно 550°C, аустенит распадается на феррито-цементитную смесь, имеющую пластинчатое строение.
Процесс образования феррито-цементитной смеси протекает следующим образом. Вследствие диффузии атомов углерода в аустените создаются объемы, обогащенные и обедненные углеродом по сравнению со средним содержанием углерода 0,8 %. Флуктуации концентрации при t<А1 способны создать условия для образования устойчивых зародышей цементита (6,67 %С) и феррита (0,02 %С). Если зародыш цементита превышает критический размер для данной степени переохлаждения, то в этом месте зарождается цементитная пластинка. Рост цементитной пластинки за счет диффузии углерода приводит к обеднению углеродом лежащих рядом участков аустенита и превращению их в феррит. Процесс повторяется, что ведет к образованию в аустените так называемых перлитных колоний (областей, состоящих из чередующихся пластинок цементита и участков феррита (рис. 12.3).
Рис. 12.3. Схема образования перлита из аустенита |
Расстояние между пластинками цементита Δ зависит от степени переохлаждения аустенита, которая в свою очередь зависит от скорости охлаждения. Чем выше скорость охлаждения, тем ниже температура превращения аустенита, меньше интенсивность диффузии, а следовательно, и меньше межпластинчатое расстояние Δ, т.е. дисперснее феррито-цементитная смесь. Структуры называются соответственно перлит, сорбит, троостит (табл. 12.1). Повышение дисперсности феррито-цементитной смеси приводит к повышению твердости, прочности, но к снижению пластичности и ударной вязкости стали.
Таблица 12.1 – Основные виды термической обработки, а также структура и твердость эвтектоидной стали
Структура | Скорость охлаж-дения, гр./с | Интервал температур превращения, 0С | Межплас- тинчатое расстояние Δ, мкм | Твердость, HRC | Вид термической обработки |
Перлит | 0,02-0,05 | 727-650 | 0,7-0,5 | 15-20 | Отжиг |
Сорбит | 3-5 | 650-600 | 0,25-0,20 | 25-30 | Нормализация |
Троостит | 80-100 | 600-550 | 0,15-0,10 | 40-45 | Закалка в масле |
Мартенсит | 200-500 | - | 58-62 | Закалка в воде |
При непрерывном охлаждении аустенита со скоростью 200-500 гр./с (см. табл. 12.1) до температуры начала мартенситного превращения (для углеродистых сталей эта температура составляет примерно 340 °С) начинается бездиффузионное превращение переохлажденного аустенита, имеющего ГЦК решетку, в мартенсит с объемно-центрированной тетрагональной решеткой (ОЦК). Тетрагональность решетки мартенсита вызвана наличием в ней избыточного количества углерода свыше 0,02 % (рис. 12.4). Мартенсит имеет игольчатое строение, высокую твердость и низкую пластичность. Чем больше содержание углерода в мартенсите, тем больше искажение кристаллической решетки (больше отношение параметров решетки с/а), и тем выше его твердость.
Рисунок 12.4 – Схема кристаллической решетки мартенсита |
Для получения вышеописанных структур, а, следовательно, и заданных свойств углеродистую сталь подвергают определенному виду термообработки.
К основным видам термической обработки относятся: отжиг, нормализация, закалка. Они отличаются скоростью охлаждения стали из аустенитного состояния (см. табл. 12.1).
Отжиг заключается в нагреве стали до температур выше критических (см. рис. 12.2), выдержке при данной температуре и последующем медленном охлаждении (с печью).
После отжига получают структуры соответствующие диаграмме состояния Fе-С: для доэвтектоидных сталей - перлит + феррит; для эвтектоидной стали – перлит; для заэвтектоидных сталей – перлит + вторичный цементит.
Основная цель отжига - повышение пластичности стали, снятие остаточных напряжений, устранение дефектов структуры, улучшение обрабатываемости резанием, измельчение зерна, подготовка стали к последующим термообработкам.
Нормализация заключается в нагреве дсэвтектоидной стали выше точки Ас3, а эвтектоидной и зазвтектоидных - выше точки АC1 (в некоторых случаях для устранения цементитной сетки зазвтектоидные стали нагреваются выше линии Аcm на 50-70 °С), непродолжительной выдержке и последующем охлаждении на воздухе. Структуры, получаемые после нормализации: для доэвтектоидной стали – сорбит + феррит; для эвтектоидной – сорбит; для зазвтектоидной стали – сорбит + вторичный цементит.
Цель нормализации та же, что и отжига. Однако после нормализации твердость и прочность стали выше, чем после отжига. Чем больше углерода в стали, тем разница заметнее. Часто нормализация является окончательным видом термической обработки деталей машин.
Закалка заключается в нагреве дозвтектоидной стали выше Ас1 на 30-50 °С, а эвтектоидной и заэвтектоидных сталей на 50-70 °С выше Аc1, выдержке при данной температуре к последующем охлаждении в масле или воде. При закалке в масле получают структуры; для доэвтектоидной стали – троостит + феррит; для эвтектоидной стали – троостит; для зазвтектоидной стали – троостит + вторичный цементит. Закалка в воде приводит к превращению переохлажденного аустенита в мартенсит.
– Конец работы –
Эта тема принадлежит разделу:
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ... Федеральное агентство по образованию... Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Оренбургский государственный...
Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: Краткие теоретические сведения
Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:
Твитнуть |
Новости и инфо для студентов