lectures (Лекции), страница 5

Поддействием высоких температур происходит полная перестройка кристаллической структурыметалла. Вместо деформированных кристаллов в твердом состоянии происходит зарождениеи рост новых равновесных кристаллов. Свойства металла возвращаются к исходным –бывшим до деформации.Отжиг второго рода заключается в нагревании стали выше критической температурыаустенита, выдержки и охлаждении. Направлен на перевод стали, находящейся внеравновесном состоянии после предварительной термической обработки в равновесноесостояние.Левый нижний угол диаграммы железо-цементит.21I. Полный отжиг. Нагрев до температуры 900–1000° C.

Как результат: происходитвыравнивание химического состояния (исчезновение ликваций); образуется полностьюравновесная структура. Следы предварительной термообработки полностью исчезают.Происходит рост зерна аустенита (гомогенизация).II. Полный отжиг. Структура металла переходит в более равновесное состояние.Ликвации сохраняются, роста зерна не происходит.III, IV. Неполный отжиг. Происходит уменьшение степени неравновесности, частичносохраняются следы предварительной термообработки.V. Сорероидизация, применяется для заэвтектоидных сталей (С>0,8%). Цель –образование сферического цементита. Исчезает цементный скелет. Кристаллы цементитаприобретают правильную сферическую форму.

Результат – улучшение механическихсвойств металла, уменьшение хрупкости, увеличение вязкости.2) Закалка – вид термической обработки,заключающийся в нагреве стали выше критическойтемпературы (структура аустенит), выдержки приэтой температуре и охлаждении со скоростью вышекритической(структурамартенсит).Цель:повышение твердости и прочности стали.Критическаяскоростьохлаждения–минимальная скорость охлаждения стали, прикоторой не происходит распада аустенита собразованием перлита (t = 727° C).При охлаждении со скоростью vкр криваяохлаждения касательна к линии начала распада А.При скорости v1<vкр – низкая скорость охлаждения – идет процесс распада А, закалки непроисходит. При v2>vкр – происходит закалка с образованием мартенсита.

При v3<vкрпроисходит неполная закалка, часть кристаллов А распадается, часть – превращается вмартенсит.Выбор температуры нагрева стали под закалку.Условия выбора:1) Образование аустенитной структуры должнопройти полностью за относительно непродолжительноевремя.2) Не должно происходить увеличения размеровзерна аустенита вследствие нагрева.Результаты закалки при разных условиях:1) Температура выше оптимальной: превращениепроисходит быстро, увеличиваются размеры кристалловаустенита, следовательно возможно ухудшение свойствзакаленной стали.2) Температура оптимальная: превращение происходит быстро, результаткачественный.3) Температура ниже оптимальной: Закалка возможна, но недопустимо сильноувеличивается время выдержки.4) Температура ниже критической: Аустенит образуется частично.

Результат –неполная закалка.Интервал температур определен экспериментально. Для заэвтектоидных сталейтемпература нагрева на 20–50° C выше линии SK. Причина: углерод как легирующийэлемент способствует повышению устойчивости аустенита.Для заэвтектоидных сталей закалка с температурой выше линии SK приводит квысокому содержанию углерода в аустените. После закалки при низких температурах вструктуре находится много остаточного аустенита, как следствие уменьшается твердость.22После закалки при температуре на 20–50° C выше линии SK, избыточный углерод остается ввиде цементита, содержание углерода в аустените пониженное, аустенит практическиполностью превращается в мартенсит. Влияние остаточного аустенита компенсируетсявысокой прочностью и твердостью вторичного цементита.Способность стали к закалке.1) Закаливаемость – способность стали существенно изменять свои свойства послезакалки.

Зависит от содержания углерода в стали (С > 0,25%).2) Прокаливаемость – способность стали образовывать мартенсит при низкихкритических скоростях охлаждения. Чем ниже скорость, тем выше прокаливаемость, темтолще поверхностный слой закаленного металла.Виды закалки:1) Простая закалка:Преимущества: Производится в одной охлажденнойсреде, простота, низкая стоимость.Недостатки:Вероятностьвысокихвнутреннихнапряжений, возможность возникновения трещин.2) Закалка в двух закалочных средах:Преимущества: Снижение внутренних напряжений.Недостатки: Усложнение технологии закалки, высокаястоимость.3) Закалка в двух закалочных средах с выдержкой:Преимущества: Низкие внутренние напряжения, не возникают трещин.Недостатки: Усложнение технологии закалки, высокая стоимость, высокаявероятность брака.4) Закалка на бейнит:Бейнит – структура, образованная из аустенита при температуре немного большейначала мартенситного превращения, и представляющая собой промежуточное состояниемежду аустенитом и мартенситом (ближе к мартенситу).Преимущества: Оптимальное сочетание механических свойств: прочность, твердость,вязкость.Недостатки: Сложная технологии закалки, высокая вероятность брака.3) Отпуск – термическая обработка стали, заключающаяся в нагреве закаленной намартенсит стали до температуры ниже критической, выдержки при этой температуре иохлаждении на воздухе.Цель отпуска: Улучшение механических свойств закаленной стали, снижениехрупкости, повышение пластичности, некоторое снижение твердости и прочности.Закалка + Отпуск = Улучшение свойств стали.Исходная структура – мартенсит закалки: высокое содержание углерода, сильноискаженная кристаллическая решетка, значительное напряжение в структуре, высокаястепень неравновесности.Виды отпуска:1) Низкотемпературный отпуск (низкий отпуск):23Исходная структура – мартенсит закалки,температура отпуска tотп = 150–250° C.

В результатеотпуска – мартенсит отпуска и ε-карбиды.При повышении температуры активизируетсядиффузия. Часть атомов углерода покидает кристаллы мартенсита, концентрируется влокальных областях, где образуется карбид железа (ε-карбид). Размеры этих карбидов оченьнебольшие. Результат низкого отпуска: уменьшение степени пересыщенности мартенсита и,как следствие, снижение внутреннего напряжения, немного снижается твердость ипрочность.

Мартенситная структура в целом сохраняется, снижается склонность стали кхрупкому разрушению.2) Среднетемпературный отпуск (средний отпуск):Исходная структура – мартенсит закалки,температура отпуска tотп = 250–450° C. В результатеотпуска – тростит отпуска.При повышении температуры активизируетсядиффузия. Диффузия углерода при такой температуре достаточна для превращениямартенсита в перлитную структуру, но не достаточна для перемещения углерода на большиерасстояния. В итоге образуется смесь феррита и цементита. Особенности среднего отпуска:маленький размер кристаллов, кристаллы равноостные, мелкодисперсные.

Такая структураназывается тростит отпуска. Такая структура обладает высокой прочностью и твердостью идостаточным запасом пластичности. Используется для ответственных, сильно нагреваемыхдеталей (пружины, рессоры).3) Высокотемпературный отпуск (высокий отпуск):Исходная структура – мартенсит закалки,температура отпуска tотп = 450–650° C. В результатеотпуска – сорбит отпуска.Процессы аналогичны среднему отпуску, ноувеличивается расстояние, на которое смещаются атомы углерода. Диффузия происходитинтенсивнее, чем в случае среднетемпературного отпуска, увеличиваются размерыкристаллов феррита и цементита.

Такая структура называется сорбит отпуска. В результатевысокого отпуска повышается пластичность, снижается хрупкость, одновременноуменьшается твердость и прочность. Используется для ответственных, сильно нагреваемыхдеталей под ударными нагрузками.Состав и маркировка высокоуглеродистых сталей.Состав сталей.Стали содержат примеси: случайные или специально введенные, среди них можнонайти почти все элементы периодической таблицы Менделеева.

Кроме железа и углерода всоставе стали содержатся примеси: случайные (руда, металлолом) и технологические(специально введенные).Примеси:1) Растворенные газы (O2, H2, N2…), чаще в атомномвиде (O, H, N…) – вредные примеси. Влияние газовыхпримесей: кислород – образование окислов внутриструктуры; водород и азот – образование соответствующиххимических соединений – гидридов и нитридов; образованиегазовых пузырьков в структуре.Растворимость газов в кристаллической решеткезависит от температуры и от типа кристаллической решетки.Так растворимость в Feγ (ГЦК) при переходе Feγ вFeα плотность резко уменьшается и в твердой структуреобразуются газовые пузырьки.

При давлении больше 1000атмосфер пузырьки способны вызывать разрушение24металла, образовывать трещинки, поэтому удаление газов из сталей – одна из главных задач.2) Сера и фосфор (S,P) – вредные примеси. Сера вызывает понижение прочности привысоких температурах (явление красноломкости). Причина: образование легкоплавкоэвтектики на границах зерен. Сера вызывает понижение прочности при низких температурах(явление синеломкости).3) Технологические добавки – алюминий и марганец (Al, Mn) – применяются дляудаления из стали вредных примесей (в первую очередь S и O2). В качестве раскислителяприменяются для низкоуглеродистых сталей.4) Случайные примеси – никель, хром, медь (Ni, Cr, Cu) – примеси, попадающие всталь с металлоломом; их содержание невелико, поэтому существенного влияния насвойства стали они не оказывают.Маркировка углеродистых сталей.1) Стали общего назначения: {БСт{12−33ПСа)б)г)а) Способ контроля:«А» – по механическим свойствам (механическая обработка);«Б» – по химическому составу (сварка);«В» – по механическим свойствам и химическому составу (комплексная обработка);б) Порядковый номер соответствует содержанию в стали углерода, чем выше номер,тем больше содержание углерода.в) Способ раскисления:«КП» – кипящая сталь (удален кислород), добавка – марганец (Mn);«ПС» – полуспокойная сталь (Mn и Al);«СП» – спокойная сталь (Al и Si);2) Качественные углеродистые стали:Марка стали = %С ∗ 100.Марка%С5 КП0,0510 КП0,115 КП0,15200,2250,25……600,6700,7800,8Низкоуглеродистые стали,раскисленные марганцемПроцентное содержание углерода в стали округляется до ближайшего числа кратного5.У сталей с высоким содержанием углерода КП не ставят – их не раскисляют марганцем.3) Стали инструментальные углеродистые (изготовление инструмента): У{{ 13{Аа) б) г)а) «У» – инструментальная сталь;б) %С ∗ 10;в) «А» – высококачественная сталь, то есть у данной стали пониженное содержаниевредных веществ (S, P < 0,025%).