Термическая Обработка. Термическая обработка сталей. Лекция 3 Теория и практика термообработки сталей Какие фазовые превращения лежат в основе термообработки сталей
 Скачать 1.27 Mb.
|
|
Лекция 3-4. Теория и практика термообработки сталей КАФЕДРА ТЕХНОЛОГИИ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ ЛЕКЦИЯ 3-4. Теория и практика термообработки сталей Какие фазовые превращения лежат в основе термообработки сталей? В чем заключаются различия превращений аустенита при охлаждении: перлитного, бейнитного, мартенситного ? Как выбираются температуры нагрева при различных видах термообработки: закалке, отжиге, нормализации? С помощью какого параметра можно регулировать размер зерна после термообработки? Как формируются структуры после различных видов термообработки? Как получить в стали следующие свойства: твердость, ударную вязкость, упругость? 3.1. Фазовые превращения при термообработке
Превращение перлита в аустенит при нагреве, П↑А Превращения аустенита при охлаждении, А↓: Перлитное, А↓П Мартенситное, А↓М Бейнитное, А↓Б Превращения мартенсита при нагреве, М↑ Обозначения критических точек диаграммы железо-цементит:
* Для чистого железа 3.2.Превращение перлита в аустенит при нагреве П (Ф0,02%С+Ц6,67%С) → А0,8%С.
диффузионного растворения цементита в аустените. Начальное зерно аустенита –зерно, полученное при температуре превращения (727°С) Начальное зерно всегда мелкое. При нагреве зерно растет. При последующем охлаждении размер действительного зерна сохраняется независимо от протекающих фазовых превращений. Действительное зерно - зерно, образующееся в стали при данной температуре нагрева. Наследственность зерна стали: наследственно крупнозернистые стали (НКЗ) - раскислены Mn наследственно мелкозернистые стали (НМЗ) - раскислены Mn, Si, Al. А1 (727ºС) 3.3. Превращения аустенита при охлаждении 3.3.1. Диаграмма изотермического распада переохлажденного аустенита Три различных по механизму превращения аустенита: перлитное – полностью диффузионное, протекает в интервале переохлаждений от А1 до температуры минимальной устойчивости аустенита; бейнитное – частично диффузионное, идет в температурном интервале от точки минимальной устойчивости аустенита до МН; мартенситное – бездиффузионное, происходит в температурном интервале МН – МК. 3.3.2. Перлитное превращение А0,8%С→Ф0,02%С+Ц6,67%С Fe(C) 0,8%С Fe(C) 0,02%С+Fe3C полиморфное превращение Feγ→Feα с изменением кристаллической решетки; диффузионное перераспределение углерода. Механизм перлитного превращения – диффузионный Температурный интервал превращения - 727˚С...500˚С Продукты перлитного превращения –феррито-цементитные смеси различной степени дисперсности
3.3.4. Мартенситное превращение Fe(С)0,8%С Fe(С)0,8%С Механизм мартенситного превращения – бездиффузионный (сдвиговый) Температурный интервал превращения – МН – МК Мартенсит – пересыщенный твердый раствор углерода в -железе Кристаллическая решетка мартенсита – тетрагональная степень тетрагональности с/а>1 Строение мартенсита - пластинчатое (игольчатое) или реечное Свойства мартенсита – высокая твердость/хрупкость: повышенная концентрация углерода; высокая плотность дислокаций (до 1012см-2) 3.3.4. Мартенситное превращение Особенности: Высокая скорость образования и роста мартенсита - до 103 м/с Когерентная связь с решеткой аустенита Больший удельный объем по сравнению с аустенитом Протекает только при непрерывном охлаждении (не происходит в изотермических условиях) Наличие ОСТАТОЧНОГО АУСТЕНИТА – превращение не идет до конца! Чем больше углерода и легирующих элементов в стали, тем ниже точки МН и МК и тем больше остаточного аустенита 3.3.5. Бейнитное превращение (промежуточное) Механизм бейнитного превращения – частично диффузионный, частично сдвиговый Температурный интервал превращения – 500°С до МН Бейнит – феррито-цементитная смесь, в который твердый раствор частично пересыщен углеродом А0,8%Фх%С + Ц * х - концентрация углерода в -фазе (0,02% Верхний бейнит (500…350°С) - перистое строение с выделением изолированных карбидных частиц Нижний бейнит (350°С… МН) - игольчатое (пластинчатое) строение, карбидные частицы располагаются внутри пластинок α-фазы 3.3.6. Способы получения продуктов превращения аустенита Продукты перлитного превращения: – непрерывное охлаждение:
V2 – сорбит; V3 – троостит; - изотермическая выдержка: V6 – сорбит. Продукты бейнитного превращения: – изотермическая выдержка: V7 – нижний бейнит. Продукты мартенситного превращения: 1) – непрерывное охлаждение со скоростью больше критической: V5 – мартенсит+Аост. 4. Практика термической обработки стали Цель термообработки - получение требуемых свойств стали за счет структурных изменений в результате фазовых превращений в твердом состоянии Параметры термообработки:
Температура нагрева – t Время выдержки - Скорость охлаждения – Vохл Основные виды термообработки:
Нормализация - Закалка - Отпуск - М↑ А↓ 4.1. Сопоставление параметров различных видов термообработки сталей Закалка – нагрев: доэвтектоидных сталей – t= Ас3+30…50°С; заэвтектоидных сталей – t= Ас1+20…30°С; охлаждение: V>Vкр Отжиг – нагрев: доэвтектоидных сталей – t= Ас3+30…50°С (полный отжиг); заэвтектоидных сталей – t= Ас1+10…30°С (неполный отжиг); охлаждение: с печью Нормализация – нагрев: доэвтектоидных сталей – t= Ас3+40…50°С; заэвтектоидных сталей – t= Асm+40…30°С; охлаждение: на воздухе Какая структура будет у стали 40 после: полного отжига? закалки? нормализации? 4.2. Отпуск стали Отпуск - нагрев мартенсита до температур ниже Ас1 4.2.1. Превращения при отпуске Распад мартенсита (первое превращение при отпуске)
ММобогащ.+ Мобедн.+ -карбид (FexC, х2) II стадия - диффузионная, t= 200…350°С М Мотп. (Мобедн.+ -карбид) Распад остаточного аустенита (второе превращение при отпуске) t = 200…300°С Аост Мотп. (Мобедн.+-карбид) Карбидное превращение (третье превращение при отпуске) t= 350…400°С Коагуляция и сфероидизация карбидов (четвертое превращение при отпуске) t>500°С Тотп→Сотп зернистый Сорбит пластинчатый Сорбит зернистый 4.2.2. Виды отпуска
Влияние температуры отпуска на свойства стали Отпуск применяется после закалки Закалка с последующим отпуском формируют окончательную структур и свойства стали. Например, для сталей, работающих в условиях ударных нагрузок, применяется
Структура – зернистый сорбит Вопросы для самостоятельного изучения: Отжиг: виды отжига, их назначение, параметры, получающиеся структуры и свойства Нормализация: назначение процесса для различных сталей, получающиеся структуры и свойства Закалка стали: цель, обоснование выбора параметров, структура и свойства закаленной стали, закалочные среды, способы закалки Отпускная хрупкость сталей. |