строение (557054), страница 19
Текст из файла (страница 19)
Если температура распада немного ниже точки А, (кривая 1, рис. 54), то при распаде переохлажденного аустенита образуется перлит. По мере понижения температуры изотермического распада аустенита дисперсность образующейся феррито-цементитной смеси увеличивается. При температурах около 600 'С образуется структура сорбита, около 550'С вЂ” троостита, ниже 500 'С, ио выше точки Мн — бейнита. Сорбит и троостит так же, как и перлит, имеют пластинчатое строение, а бейнит, называемый также игольчатым трооститом, — игольчатое строение. С увеличением дисперсности структуры повышается прочность и твердость стали.
Наиболее твердой и прочной феррито-цементитной структурой является бейнит. Диаграмма изотермического превращения переохлажденного аустенита с небольшой степенью погрешности может быть использована и для распада аустенита при его непрерывном охлаждении. Вместе с тем для непрерывного охлаждения стали строят термокинетические диаграммы распада переохлажденного аустенита. На рис.
54 кривые, проходящие через точки начала и конца превращения переохлажденного аустенита при непрерывном охлаждении стали, показаны штриховыми линиями. Кривая 2, например, соответствует медленному непрерывному охлаждению стали вместе с печью. В рассматриваемом случае пересечение С-образных кривых происходит в температурной зоне образования перлита. Таким образом, эта кривая соответствует графику охлаждения стали при отжиге. Вместе с тем перлит можно получить и при изотермической выдержке (кривая 1, рис.
54) в процессе изотермического отжига. Изотермический отжиг используют чаще для легированных сталей, так как это сокращает продолжительность операций и дает более качественные результаты. При проведении изотермического отжига сталь сначала нагревают выше верхней (А,) или нижней (А,) критической точки, дают выдержку, а затем охлаждают до температуры изотермической выдержки, которая назначается ниже А, на 50...
100'С. По окончании полного распада аустенита сталь вынимают из печи и охлаждают. При нормализации сталь нагревают выше критических температур А, или Аст на 30 ... 50 'С, а затем охлаждают на воздухе. В соответствии с диаграммой изотермического распада переохлажденного аустенита (кривая 8, рис. 54) при нормализации получается структура сорбита. Операция нормализации дешевле операции отжита. Для доэвтектоидных сталей с низким содержанием углерода (до 0,3 о4) обрабатываемость резанием после нормализации почти такая же, как и после отжига. Поэтому такие стали рекомендуется подвергать не отжигу, а нормализации. Для неответственных деталей с содержанием углерода 0,3... 0,5 о4 вместо улучшения (т. е.
вместо закалки и высокого отпуска) можно при- менять нормализацию, поскольку твердость стали оказывается почти такой же, как и после улучшения, но пластичность и вязкость ниже. )г йг- йр дг' Св 'у сс Закалка без полиморфиого превранаення Ф г)г) Если при нагреве и охлаждении сплава происходят фазовые превращения Яг) (что можно определить по диаграмме состояния), то принципиально возможна закалка. Закалка заключаетйп ся в нагреве сплава выше критических температур с последующим быстрым его охлаждением, обеспечивающим получение неустойчивой, неравновесной структуры при обычной комнатной температуре.
Цель закалки — упрочнение сплава или подготовка его к последующей упрочняющей операции термообработки — старению. Существует два вида закалки — без полиморфного превращения и с полиморфным превращением. Закалку без полиморфного превращения рассмотрим на примере закалки алюминиевого сплава системы А1 — Сп *. При нагреве сплава, содержащего, например, 4 % Сн, выше линии ограниченной растворимости аЬ (рис. 55) происходит растворение 9-фазы (СпА1,) с образованием одного а,-раствора меди в алюминии. Сама закалка заключается в резком охлаждении сплава в воде.
В условиях быстрого охлаждения диффузионные процессы подавляются, обратное выделение 9-фазы не происходит и фиксируется твердый раствор меди в алюминии, существовавший при температуре нагрева под закалку. По отношению к равновесному раствору, содержащему всего 0,1 — 0,2 Си, этот твердый раствор является пересыщенным, а сплав оказывается в неравновесном, неустойчивом состоянии. В процессе закалки А1 — Сп-сплава с 4 % Сп лишь незначительно повышается твердость и прочность.
Для сплавов, упрочняемых старением, закалка является подготовительной операцией термообработки. Для многих литейных алюминиевых и магниевых сплавов фиксирование однородного твердого раствора легирующих элементов в основном металле повышает их пластичность, а также коррозионную стойкость из-за растворения избыточных фаз, охрупчивающих сплав и усиливающих коррозию.
Закалка с полнморфным правраитеннем г/л г,гс) Закалка с полиморфным превращением сопровождается мартенситным превращением* высокотемпературной фазы при охлаждении сплава. Рассмотрим мартен- ситное превращение на примере стали. (55) Цель закалки стали — получение высокой прочности и твердости. При закалке доэвтектоидной стали ее реко Рис. 56. Занисимссгь степени тстрагснаньности мартинсита мендуется нагревать выше Ас, на 30... )с)а) ст содержания угнсрсда н ...
50 'С, а при закалке заэвтектоидной выше Асх на 30... 50 'С. В результате нагрева под закалку доэвтектоидная сталь приобретает,'структуру аустенита, а заэвтектоидная — структуру смеси аустейнта и цементита. Непосредственно закалка заключается в охлаждении стали со скоростью больше критической с целью получения структуры мартенсита. На рис. 54 график охлаждения со скоростью больше критической показан кривой 4. Мартенсит в системе железо †углер представляет собой пересыщенный раствор углерода в а-железе. Мартенсит имеет тетрагональную кристаллическую решетку.
Степень тетрагональности с/а зависит от количества растворенного в мартеисите углерода (рис. 56). Без углерода степень тетрагональности мартенситной решетки равна единице и мартенсит является фактически чистым железом с о. ц. к. решеткой. При содержании углерода до 0,025 %— это феррит, т.
е. слабый раствор углерода в а-железе. С увеличением содержания углерода степень тетрагональности кристаллической решетки мартенсита возрастает. Одновременно возрастает его твердость и прочность. Мартенситная реакция записывается в следующем виде: Ге (С) — Ге„(С). Мартенситная реакция начинается только при определенном переохлаждении аустенита. Температура начала образования мартенсита обозначается Ми и зависит от содержания углерода и легирующих элементов. По мере понижения температуры ниже точки М, количество образовавшегося мартенсита возрастает, а количество непревращенного (остаточного) аустенита уменьшается.
Заканчивается мартенситное превращение в точке М,. Мартенситное превращение бездиффузионное. При охлаждении стали с температуры закалки со скоростью больше критической диффузионные процессы, необходимые для формирования феррита и цементита, подавляются и, начиная с точки Ми, совершается лишь * Рассматриваемый механизм закалки идентичен механизму закалки других алюминиевых сплавов, многих цветных сплавов и некоторых сти)ей, упрочияемых термообработкой, * Превращекия, в результате которых из исходной фазы бездиффузионным путем образуется мартенситиая фаза с новой модификацией кристаллической решетки.
яп полиморфное превращение г, ц. к. решетки аустенита в тетрагональную решетку мартенсита. Мартенсит имеет характерное игольчатое строение, наблюдаемое при большом увеличении. В объеме же металла кристаллы мартенсита имеют форму пластин, располагающихся под большими углами друг к другу. Кроме пластинчатого мартенсита, при закалке может образовываться пакетный мартенсит, в каждом из кристаллов которого находятся группы одинаково ориентированных пластин. Высокая твердость мартенсита объясняется образованием пересыщенного твердого раствора углерода в а-железе, повышением плотности дислокаций при закалке, образованием на дислокациях атмосфер углерода, препятствующих движению дислокаций, выделением некоторого количества дисперсных частиц карбидов железа.
Пластические же свойства мартенсита близки к нулю. Практика закалки стали Существуют два вида закалки — объемная и поверхностная. Г1ри объемной закалке закаливают весь объем изделия (насквозь), а при поверхностной — только поверхностный слой. При объемной закалке стальных изделий (детали машин или инструменты) их обычно нагревают в термических электрических или газовых печах. Для устранения окисления и обезуглероживания стали на воздухе применяют печи, заполняемые защитной нейтральной газовой атмосферой, печи-тигли с расплавленными солями (соляные ванны) или вакуумные печи. В качестве закалочных сред, позволяющих охлаждать сталь со скоростью больше критической, для углеродистых сталей используют воду, а для легированных — масло (минеральное или растительное) или специальные растворы полимерных веществ в воде.
Баки с закалочными средами входят в оборудование закалочных агрегатов или располагаются поблизости от закалочных печей, В связи с возможным короблением изделий, которые возникают вследствие возрастания объема при мартенситном превращении и из-за различного рода напряжений, соблюдают определенные правила их погружения в закалочную жидкость. Например, при закалке длинномерных изделий (валы, длинные винты и т. п.) их необходимо погружать вертикально, что дает наименьшее коробление.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
