Термическая обработка стали. Реферат 1. Термическая, термохимическая и термомеханическая обработка стали

• Название: Термическая, термохимическая и термомеханическая обработка стали
• Анкор: Термическая обработка стали
• Дата: 10.01.2020
• Размер: 1 Mb.
• Имя файла: Реферат 1.docx
• Тип: Реферат; #103416
• страница: 4 из 10

Превращения в закаленных сталях при отпуске

После закалки стали она состоит из двух нестабильных фаз – мартенсит, небольшое количество аустенита, которые при нагревании переходят в ферритокарбидную смесь, тем самым убирая внутренние напряжения и т.д. (подробнее в следующем разделе) Процесс отпуска протекает без фазовых превращений, т. е. до температуры 723°С.

При нагреве закалённых сталей до температур порядка 200°С избыточный углерод частично выходит из мартенсита и образуются необособленные карбиды, формируется структура мартенсита отпуска. При температуре нагрева стали порядка 400°С избыточный углерод полностью покидает мартенсит и образует цементит. В результате формируется структура троостита отпуска (т.е. мелкозернистая смесь феррита с цементитом). При нагреве закалённых сталей до температур порядка 600°С наблюдается укрупнение (путём объединения) зёрен образующего цементита, в результате формируется структура сорбита отпуска. Такая зернистая структура сорбита и троостита обеспечивает сталям более высокую вязкость и пластичность.

Технология термической обработки стали

Отжиг I-го рода

Отжиг первого рода — процесс термической обработки, заключающийся в нагреве детали до температуры ниже фазовых превращений, выдержке при этой температуре и последующем медленном охлаждении с заданной скоростью, для частичного или полного снятия неравновесных состояний после предыдущих обработок.

В зависимости от того какие неравновесные состояния необходимо снять применяют разные разновидности отжига I-го рода: гомогенизирующий, рекристаллизационный и отжиг для снятия напряжения после ковки, сварки, литья.

Гомогенизационный (диффузионный) отжиг — это термическая обработка, при которой главным процессом является устранение последствий дендритной неоднородности. Нагрев при диффузионном отжиге должен быть до высоких температур порядка 0,8-0,9 температуры плавления, продолжительность отжига может достигать нескольких десятков часов, так как только в этом случае более полно протекают диффузионные процессы, необходимые для выравнивания в отдельных объемах состава стали. В процессе отжига металла на гомогенизацию происходит постепенное растворение неравновесных фаз, которые могут образоваться в результате кристаллизации с большой скоростью. При последующем медленном охлаждении после отжига такие неравновесные фазы больше не выделяются. Поэтому после гомогенизации металл обладает повышенной пластичностью и легко поддается пластической деформации.

Рекристаллизационный отжиг применяется для снятия негативных эффектов, полученных в следствии холодной деформации, таких как наклеп. Температура такого отжига берется примерно равной 0,4 температуры плавления, причем эта температура превышает температуру рекристаллизации. Рекристаллизация заключается в том, что, начиная с некоторой температуры, при нагреве происходит интенсивное перемещение атомов в металле, что влечет за собой изменение формы и величины деформированных кристаллических зерен. В процессе рекристаллизации происходят превращения, аналогичные тем, которые происходят при первичной кристаллизации и вторичной перекристаллизации, т. е. зарождаются новые центры кристаллов и происходит одновременно их рост. Взамен вытянутых, расплющенных зерен, образуются мелкие, сфероидальные зерна, повышаются пластические свойства, металлу возвращаются исходные свойства. Длительность рекристаллизационной термообработки меньше, нежели диффузионной. В зависимости от геометрических параметров изделия – от 30 до 120 минут.

Отжиг для снятия внутренних напряжений необходим для деталей, которые имеют термические, структурные и т. п. напряжения. Температура данного подвида отжига I-го рода выбирается примерной 0,2-0,3 температуры плавления и при этом она ниже температуры рекристаллизации. При этой температуре все дефекты кристаллической структуры под действием внутренних напряжений перераспределяются, соответственно, происходит разрядка внутренних напряжений. Увеличение температуры резко увеличивает скорость процесса, и продолжительность такого отжига составляет несколько часов.

Отжиг II-го рода

Отжиг второго рода заключается в нагреве детали до температуры несколько выше критической, продолжительной выдержке при этой температуре и последующем медленном охлаждении с заданной скоростью. Отжиг применяется с целью снятия внутренних напряжений, улучшения обрабатываемости резанием, устранения структурной неоднородности и подготовки к последующей термической обработке.

Отжиг второго рода по условиям нагрева и выдержки подразделяется на: полный, неполный и диффузионный; по условиям охлаждения — на отжиг изотермический и нормализацию; по условиям воздействия внешних факторов —на отжиг светлый и по условиям изменения структуры — на отжиг сфероидизирующий.

Для наглядного представления фазовых превращений в стали приведем участок диаграммы железо-углерод соответствующий превращениям стали.



Рисунок 5. Диаграмма превращений в стали

Полный отжиг производят путем нагрева стали на 30—50° С выше критической точки - фазного превращения стали, выдержкой при этой температуре и медленным охлаждением до 400—500° С со скоростью 200° С в час для углеродистых сталей, 100° С в час для низколегированных сталей и 50° С в час для высоколегированных сталей. Структура стали после отжига равновесная, устойчивая. Полному отжигу подвергают горячедеформируемую сталь — поковки, штампованные детали, прокат, а также слитки и фасонные отливки из простой и легированной стали.

Диффузионный отжиг применяется в основном для слитков и крупных отливок из легированной стали для выравнивания химической неоднородности. Этот подвид отжига второго рода проводят при нагреве на 150-200 ºС выше точки (завершения превращения феррита в аустенит, рис.5). При данной температуре сталь длительное время выдерживается и затем, медленно, с заданной скоростью охлаждается. При диффузионном отжиге получается крупнозернистая структура. Для получения мелкозернистой структуры после диффузионного отжига приходится производить обычный полный отжиг.

Неполный отжиг производится путем нагрева стали до температуры, находящейся в интервале между точками и (рис. 5). Условия охлаждения такие же, как и при полном отжиге. Неполный отжиг применяют преимущественно для заэвтектоидной стали, а также сортового проката и поковок из доэвтектоидной стали перед их механической обработкой, для снижения внутренних напряжений и улучшения обрабатываемости резанием.

Сфероидизирующий отжиг (на зернистый перлит) заключается в нагреве стали выше критической температуры на 20—30° С, выдержке при этой температуре и медленном охлаждении (25— 30° С в час) до температуры 600° С. Цель такого отжига — перевод пластинчатого перлита в зернистый. Обычно сфероидизации подвергают среднеуглеродистые и низколегированные составы.

Изотермический отжиг является разновидностью полного отжига. Процесс изотермического отжига заключается в следующем: деталь нагревают до температуры выше критической точки на 30—50° С, выдерживают при этой температуре, после чего сравнительно быстро охлаждают до температуры 600—650° С. При этой температуре выдерживают, что необходимо для полного распада аустенита, после чего следует сравнительно быстрое охлаждение. Применяется в основном для легированных сталей.

При всех видах отжига не допускается перегрев и пережог стали. Перегрев стали —брак исправимый: образовавшуюся крупнозернистую структуру при перегреве можно исправить повторным отжигом. Пережог стали —брак неисправимый, так как сильно окисленные границы кристаллических зерен теряют связь и деталь разрушается.