Термическая обработка стали. Реферат 1. Термическая, термохимическая и термомеханическая обработка стали
 Скачать 1 Mb.
|
Превращения при охлажденииЧистое железо кристаллизуется при постоянной температуре (1539°). Сталь кристаллизуется не при постоянной температуре, а в некотором интервале температур. Это связано с тем, что при охлаждении жидкой стали сначала образуется смесь жидкости с аустенитом или цементитом, а это значит, что охлаждение происходит не равномерно. При температурах ниже температуры конца кристаллизации (H-E-C - солидус рис.2) сталь будет находиться в твердом состоянии и структура стали будет аустенит. При этом весь углерод, который в стали имеется, будет растворен в аустените. Структура аустенита сохранится до температур выраженных на диаграмме железо-углерод (рис. 2) прямой G-S-E-C-F. При дальнейшем медленном охлаждении аустенита превращения для доэвтектоидных и заэвтектоидных сталей будут разные. Для доэвтектоидных переход линии G-S будет сопровождаться перекристаллизацией аустенита в феррит. Термодинамическим условием этого превращения является некоторая степень переохлаждения (охлаждение кривой G-S), когда свободная энергия перлита становится меньше свободной энергии аустенита. При дальнейшем охлаждении стали от кривой G-S до P-S не весь аустенит превратится в перлит, оставшийся при температуре 723 ºС превратится в феррит. Количественное соотношение между ферритом и перлитом определится процентом углерода в стали. Чем больше углерода в стали, тем больше в ней перлита, и сталь будет более твердая, прочная, но менее пластичная. Для заэвтектоидных сталей температурами начала и конца вторичной кристаллизации считают, соответственно, линии S-E и P-S-K. При этих температурах аустенит переходит в цементит. Это превращение вызывается уменьшением растворимости углерода в аустените при охлаждении. При температуре 1130°С в аустените может раствориться 2% углерода, а при 723°С только 0,8%. Поэтому если в стали углерода 1%, то при охлаждении начиная с температуры 820° из аустенита будет выделяться избыток углерода в форме цементита до тех пор, пока в аустените не останется 0,8% углерода. При температуре 723° этот аустенит превратится в перлит. Значит при комнатной температуре сталь будет состоять из смеси перлита и цементита. Количественное соотношение между цементитом и перлитом также будет определяться количеством углерода в стали. Чем больше в стали углерода, тем больше в ней цементита и сталь будет более твердая, но и более хрупкая. Для эвтектоидной стали температура начала и конца вторичной кристаллизации будет совпадать 723 ºС. И при этом весь аутентист перейдет в перлит. Образующийся при нагреве аустенит получается более мелкозернистым, чем исходное перлитное зерно. Размер получающихся зерен аустенита будет определяться размером пластинок перлита это можно увидеть на рисунке 3.  Рисунок 3. Зернистая структура стали при нагревании и охлаждении При охлаждении размер получающихся зерен перлита будет определяться размером зерен аустенита. Из мелкого аустенитного зерна получится мелкое перлитное зерно. Таким образом, вызывая перекристаллизацию перлита в аустенит, можно размельчить структуру стали, чем на практике часто пользуются. В результате медленного охлаждения сталь получается довольно мягкой, пластичной и хорошо обрабатывается резанием, но обладает сравнительно невысокой прочностью. Прочность и твердость стали можно повысить за счет увеличения скорости охлаждения после нагрева до аустенитной структуры. Это вызывается тем, что в стали образуются другие, отличные от перлита, структуры, которые и повышают твердость и прочность стали. При охлаждении на воздухе аустенит превращается в структуру, которая носит название сорбит, при охлаждении в горячем масле — в троостит. При охлаждении в воде аустенит сохраняется в стали до температуры примерно 200° и затем мгновенно превращается в структуру, которую называют мартенситом (о нем речь будет идти ниже). |