Пояснительная зависка по ГОСТ (1229826), страница 3

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 3)

СО + Н₂О ↔ СО₂ + Н₂. (2.3)

1 – Fe + CO₂ ↔ FeO + CO; 2 – Fe + H₂О ↔ FeO + H₂

Рисунок 2.2 – Кривые равновесия реакций

Из диаграммы равновесия (рисунок 2.2) указанной реакции следует, что газ, в котором отношение СО₂ к СО равно 0,5, при температуре выше 850°С будет оказывать на железо окислительное, а при температуре ниже 850°С – восстановительное действие. При температуре 850°С равновесному состоянию между Н₂, Н₂О, СО, СО₂ и железом соответствует отношение Н₂О/Н₂ = 0,55. При таком отношении и температуре ниже 850°С газ будет оказывать на железо окислительное, а при температуре выше 850°С – восстановительное действие.

2.4 Отжиг и нормализация стали

Отжиг и нормализация стали – операции предварительной термической обработки.

Отжиг – нагрев стали до определенной температуры, выдержка до полного прогрева или получения относительно гомогенного твердого раствора и последующее охлаждение с печью со скоростью, обеспечивающей получение равновесной структуры и минимальных тепловых напряжений. Отжиг применяют для измельчения зерна, уменьшения твердости, улучшения обрабатываемости резанием, снятия напряжений, выравнивания химического состава зерна стали или подготовки структуры для окончательной термической обработки. По отношению к процессу фазовой перекристаллизации отжиг подразделяют на отжиг первого и второго рода. Для отжига первого рода наличие или отсутствие фазовой перекристаллизации безразлично. Для отжига второго рода фазовая перекристаллизация определяет результат термообработки и свойства металла. К отжигу первого рода относят гомогенизацию (диффузионный отжиг), рекристаллизационный отжиг и отжиг для снятия напряжений. К отжигу второго рода относят полный, неполный отжиг, сфероидизацию и изотермический отжиг.

Нормализация — нагрев доэвтектоидной стали выше критической точки А_c3 на 50…70°С, а заэвтектоидной стали на 50…70°С выше критической точки А_cm , выдержка до полного прогрева и последующее охлаждение на спокойном воздухе.

Нормализацию применяют с целью измельчения зерна, уничтожения цементитной сетки в структуре заэвтектоидной стали. Для стали с содержанием углерода не более 0,2…0,3% нормализация применяется вместо полного отжига. Повышение содержания углерода приводит к повышению твердости после нормализации. В этом случае после нормализации для понижения твердости производят высокий отпуск.

Отжиг в зависимости от температуры нагрева и назначения имеет несколько разновидностей. Полный отжиг – нагрев доэвтектоидной стали выше критической точки А_c3 на 30…50°С, выдержка и медленное охлаждение, при котором происходит полная перекристаллизация всех структурных составляющих. Полный отжиг предназначен для получения равновесной структуры (соответствующей диаграмме состояния), например, он устраняет игольчатый феррит, характерный для структуры литой стали. Как правило, равновесная структура дает высокую пластичность. Неполный отжиг — нагрев стали выше А_c1 на 30…50°С, выдержка и медленное охлаждение, при котором происходит перекристаллизация только перлитной составляющей, а размер ферритного зерна (доэвтектоидная сталь) или размер цементитной пластины (заэвтектоидная сталь) не изменяется. В случае доэвтектоидной стали он предназначен для повышения обрабатываемости резанием. В случае заэвтектоидной стали предназначен для повышения ударной вязкости. Низкий отжиг (отжиг для снятия напряжений) – нагрев стали существенно ниже критической точки А_c1 выдержка, охлаждение, при котором перекристаллизации не происходит; он применяется, главным образом, для снятия внутренних напряжений и понижения твердости. Для устранения химической дендритной неоднородности (внутризеренной ликвации) литую сталь нагревают до высоких температур (1000…1100°С) и дают длительную выдержку. Такая операция называется гомогенизацией или диффузионным отжигом.

Особый интерес представляет изотермический отжиг, который заключается в нагреве стали выше критической точки А_c3, выдержке, сравнительно быстром охлаждении (чаще переносом в другую печь) до температуры, лежащей ниже А_c1 на 50…100°С. При этой температуре назначают изотермическую выдержку, необходимую для полного распада аустенита, после чего проводят охлаждение на воздухе. Преимущество изотермического отжига по сравнению с полным отжигом состоит в уменьшении продолжительности процесса, особенно для легированных сталей, которые охлаждают очень медленно для требуемого снижения твердости. Другое преимущество изотермического отжига – получение более однородной структуры, так как при изотермической выдержке температура по сечению изделия выравнивается и превращение по всему объему стали происходит при одинаковой степени переохлаждения. При отжиге на равновесное состояние перлит получается пластинчатым, но зернистый перлит имеет большую ударную вязкость и лучшую обрабатываемость резанием. Чтобы получить такие свойства, производят сфероидизацию или отжиг на глобулярный перлит, точнее зернистый цементит. Для этого сталь нагревают несколько выше А_c1 (на 15…20°С), выдерживают и охлаждают несколько ниже этой критической точки (10…15), с тем, чтобы сохранились небольшие остатки цементита, которые являлись бы зародышами при дальнейшем медленном охлаждении для образования зернистого цементита. Повторение нагрева и охлаждения несколько раз называют термоциклированием. На рисунке 2.3 схематично приведены различные виды отжига стали.

1 – диффузионный (гомогенизация); 2 – полный; 3 – неполный; 4 – сфероидизирующий; 5 – низкий

Рисунок 2.3 – Разновидности отжига стали

2.5 Закаливаемость и прокаливаемость

Закалкой называется нагрев стали выше критических точек, изотермиче­скую выдержку и охлаждение с высокой скоростью в специальной средеохладителе (вода, водные растворы солей или щелочей, индустриальное масло). Цель закалки - получение максимальной прочности и твердости. Различают полную и неполную закалку. Температура нагрева доэвтекгоидной стали под закалку соответствует температуре полного отжига, а заэвтек­тоидной стали - температуре неполного отжига. В последнем случае созна­тельно оставляют в структуре нагретой стали цементит как твердую фазу, конкурирующую по твердости с мартенситом (основной структурой закалки).

Закаливаемость – способность стали получать высокую твердость при закалке, что обеспечивается получением структуры мартенсита. Закали­ваемость измеряется в единицах твердости и зависит главным образом от содержания углерода (рисунок 2.4). Твердость мартенсита зависит от содержа­ния в нем углерода. Твердость закаленной стали увеличивается пропор­ционально содержанию в ней углерода, но начиная с 0,7% С твердость за­каленной стали остается постоянной (HRC 63-65). Это объясняется тем, что закалка всех заэвтектоидных ста­лей производится с одной температу­ры (780°С), а потому у всех заэвтек­тоидных сталей состав аустенита при температуре закалки и состав мартен­сита после закалки будет одинаков. У заэвтектоидных сталей с увеличением содержания углерода увеличивается количество вторичного цементита по­сле закалки, что должно бы способствовать повышению твердости, но од­новременно с этим увеличивается количество остаточного аустенита после закалки, а это ведет к снижению твердости. Поэтому твердость всех зака­ленных заэвтектоидных сталей прак­тически остается постоянной.

а – твердость закаленной стали; б – твердость мартенсита

Рисунок 2.4 – Влияние содержания углерода на закаливаемость стали

Прокаливаемость – способность стали воспринимать закалку на боль­шую или меньшую глубину, которая определяется твердостью полумартенситной зоны (рисунок 2.5). Прокаливаемость измеряется в единицах длины (мм) и зависит от критической скорости закалки. Чем меньше критическая скорость закалки, тем больше прокаливаемость стали. Все факторы, кото­рые увеличивают устойчивость переохлажденного аустенита, следова­тельно, уменьшают критическую скорость закалки, способствуют увеличе­нию прокаливаемости. Наличие легирующих элементов и примесей; рас­творяющихся при нагреве в аустените, увеличение содержания углерода до 0,8%, а также рост размера зерна аустенита повышают прокаливае­мость стали. Легирующие элементы при температуре закалки в виде кар­бидов, интерметаллидов и других фаз, создающих неоднородность аусте­нита, уменьшают прокаливаемость стали.

Рисунок 2.5 – Твердость углеродистой стали, имеющей в структуре после закалки 50% мартенсита и 50% троостита

Из диаграмм изотермического распада аустенита углеродистой и леги­рованной стали (рисунок 2.6) видно, что при одинаковых скоростях охлаждения сквозную закалку приобретает легированная сталь. Свойства ее по сече­нию после закалки одинаковые.

Несквозная прокаливаемость является следствием того, что сердцевина детали охлаждается со скоростью меньше критической. Поэтому в сердце- вине аустенит распадается на феррито-цементитную смесь. В сечениях же, где скорость охлаждения выше критической, аустенит превратится в мартен­сит. Свойства по сечению такой закаленной стали неодинаковые.

1 – распределение твердости по сечению образца после закалки; 2 – распределение механических свойств у тех же образцов стали после термического улучшения (закалки и высокого отпуска)

Рисунок 2.6 – Влияние прокаливаемости на механические свойства углеродистой (а) и легированной (б) стали (схема)

2.6 Изотермический распад аустенита в стали

Образование структур при переохлаждении аустенита имеет важное зна­чение для технологии термической обработки. Наиболее полное представле­ние о превращениях, которые претерпевает аустенит при различных степенях переохлаждения, дает диаграмма изотермического распада аустенита, т. е. фазового превращения, протекающего при постоянной температуре.

Для изучения изотермического распада аустенита небольшие образцы эвтектоидной стали нагревают до температур, соответствующих существо­ванию стабильного аустенита, т. е. выше критической точки, а затем быстро охлаждают до температуры ниже А_c1 , например до 700, 600, 500, 400, 300°С и так далее, и выдерживают при этих температурах до полного распада. Степень распада можно определять разными методами: металлографическим, маг­нитным, дилатометрическим и др. Если нанести точки начала и конца пре­вращения для всех температур на график, где по оси ординат отложена температура в градусах Цельсия, а по оси абсцисс - время в секундах в логарифмическом масштабе, и далее одноименные точки соеди­нить плавными кривыми, то полу­чится диаграмма, подобная при­веденной на рисунке 2.7 горизонталь А₁ отделяет область равновесного аустенита (выше А₁ ,) от переохла­жденного (ниже А₁).

П – перлит; С – сорбит; Т – троостит; Б – бейнит; М – мартенсит

Рисунок 2.7 – Диаграмма изотермического распада переохлажденного аустенита эвтектоидной стали (0,8% С)

Изогнутая в виде буквы "С" кривая I указывает на начало рас­пада аустенита, а кривая II - на конец этого распада. Таким обра­зом, в промежутке между кривыми I и II имеется время, в течение ко­торого происходит полное пре­вращение аустенита. Область левее кривой I определяет продолжитель­ность инкубационного периода; в интервале температур и времени, опре­деляемых этой областью, существует переохлажденный аустенит, практи­чески не претерпевающий распада. Продолжительность инкубационного периода характеризует устойчивость переохлажденного аустенита. С уве­личением переохлаждения его устойчивость быстро уменьшается, достигая минимума около 550°С, после чего вновь возрастает.

Уменьшение устойчивости аустенита и роста скорости его превращения с увеличением степени переохлаждения объясняется возрастанием разности свободных энергий аустенита и перлита, что стимулирует превращение (рисунок 8). Повышение устойчивости аустенита и уменьшение скорости его превращения при больших степенях переохлаждения вызвано снижением скорости образова­ния и роста феррита и цементита из-за торможения процессов диффузии.

Характеристики

Список файлов ВКР