materialovedenie_kurs_lektsiy_ (804370), страница 6
Текст из файла (страница 6)
В этомслучае сталь нагревают значительно ниже линии PSK диаграммы Fe-Fe3C (200600°С).Отжиг на зернистый перлит (сфероидизацию) применяют для сталейблизких к эвтектоидному составу или для заэвтектоидных. Такой отжигосуществляют маятниковым способом (температуру несколько раз изменяютвблизи линии PSK, то перегревая выше нее на 30-50°С, то охлаждая ниже на 3050°С) или путем длительной выдержки (5-6 часов) при температуре нескольковыше линии PSK и последующего медленного охлаждения. После такого отжигацементит, обычно присутствующий в структуре в виде пластин, приобретаетзернистую форму.
Сталь со структурой зернистого перлита обладает большейпластичностью, меньшей твердостью и прочностью по сравнению с пластинчатымперлитом. Отжиг на зернистый перлит применяется для подготовки сталей кзакалке или для улучшения их обрабатываемости резанием.Нормализация состоит из нагрева стали на 30-50°С выше линии GSEдиаграммы Fe-Fe3C (рис. 19), выдержки при этой температуре и последующегоохлаждения на воздухе. Более быстрое охлаждение по сравнению с обычнымотжигом приводит к более мелкозернистой структуре. Нормализация — болеедешевая термическая операция, чем отжиг, так как печи используют только длянагрева и выдержки. Для низкоуглеродистых сталей (до 0,3% С) разница всвойствах между нормализованным и отожженным состоянием практическиотсутствует и эти стали лучше подвергать нормализации.
При большемсодержании углерода нормализованная сталь обладает большей твердостью именьшей вязкостью, чем отожженная. Иногда нормализацию считаютсамостоятельной разновидностью термической обработки, а не видом отжига.4.2 Закалка и отпуск сталиПревращения в стали при охлаждении.
При медленном охлаждении сталиобразуются структуры, соответствующие диаграмме Fe-Fe3C. Вначале происходитвыделение феррита (в доэвтектоидных статях) или вторичного цементита (взаэвтектоидных сталях), а затем происходит превращение аустенита в перлит. Этопревращение заключается в распаде аустенита на феррит, почти не содержащийуглерода и цементит, содержащий 6,67% С. Поэтому превращение сопровождаетсядиффузией, перераспределением углерода. Диффузионные процессы происходят втечение некоторого времени, причем скорость диффузии резко падает спонижением температурыРис 20.
Диаграмма изотермического превращения аустенита эвтектойдной сталиОбычно изучают изотермическое превращение аустенита (происходящее привыдержке при постоянной температуре) для эвтектоидиой стали. Влияниетемпературы на скорость и характер превращения представляют в виде диаграммыизотермического превращения аустенита (рис. 20). Диаграмма строится вкоординатах температура — логарифм времени. Выше температуры 727°С надиаграмме находится область устойчивою аустенита. Ниже этой температурыаустенит является неустойчивым и превращается в другие структуры.
Первая Собразная кривая на диаграмме соответствует началу превращения аустенита, авторая — еѐ завершению. При небольшом переохлаждении — приблизительно до550°С происходит упомянутое выше диффузионное перлитное превращение. Взависимости от степени переохлаждения образуются структуры, называемыеперлит, сорбит и тростит. Это структуры одного типа — механические смесиферрита и цементита, имеющие пластинчатое строение. Отличаются они лишьстепенью дисперсности, т.е. толщиной пластинок феррита и цементита.
Наиболеекрупнодисперсная структура — перлит, наиболее мелкодисперсная — тростит. Припереохлаждении аустенита приблизительно ниже 240°С скорость диффузии падаетпочти до нуля и происходит бездиффузионное мартенситное превращение.Образуется мартенсит — пересыщенный твердый раствор углерода в аа-железе.Мартенсит имеет ту же концентрацию углерода, что и исходный аустенит.
Из-завысокой пресыщенности углеродом решетка мартенсита сильно искажается,благодаря чему мартенсит имеет высокую твердость (до HRC 65). Горизонтальнаялиния Мк диаграммы соответствует началу превращения аустенита в мартенсит, алиния Мк — завершению этого процесса.В диапазоне температур от мартенситного до перлитного превращенияпроисходит промежуточное превращение и образуется структура, называемаябейнит.Закалка — это вид термической обработки, состоящий в нагреве стали доопределенной температуры, выдержке и последующем быстром охлаждении. Врезультате закалки повышается твердость и прочность, но снижается вязкость ипластичность. Нагрев стали производится на 30-50°С выше линии GSK диаграммыFe-Fe3C.
В доэвтектоидных сталях нагрев выше линии GS необходим для того,чтобы после закалки в структуре не было мягких ферритных включений. Длязаэвтектоидных сталей применяется нагрев выше линии SK, так как присутствиецементита не снижает твердость стали.Обычно в результате закалки образуется мартенситная структура.Поэтому охлаждать сталь следует с такой скоростью, чтобы кривая охлаждения непересекала С - образные кривые диаграммы изотермического превращенияаустенита (рис. 20). Для достижения высокой скорости охлаждения закаливаемыедетали погружают в воду (для углеродистых сталей) или минеральные масла (длялегированных сталей).Способность стали закаливаться на мартенсит называетсязакаливаемостью. Она характеризуется значением твердости, приобретаемойсталью после закалки и зависит от содержания углерода. Стали с низкимсодержанием углерода (до 0,3%) практически не закаливаются и закалка для них неприменяется.Прокаливаемостью называется глубина проникновения закаленной зоны.Отсутствие сквозной прокаливаемости объясняется тем, что при охлаждениисердцевина остывает медленнее, чем поверхность.
Прокаливаемость характеризуеткритический диаметр D, т. е. максимальный диаметр детали цилиндрическогосечения, которая прокаливается насквозь в данном охладителе.Отпуск стали — это вид термической обработки, следующий за закалкой изаключающийся в нагреве стали до определенной температуры (ниже линии PSK),выдержке и охлаждении. Цель отпуска — получение более равновесной посравнению с мартенситом структуры, снятие внутренних напряжений, повышениевязкости и пластичности. Различают низкий, средний и высокий отпуск.Низкий отпуск проводится при температуре 150-200°С.
В результатеснимаются внутренние напряжения, происходит некоторое увеличениепластичности и вязкости без заметного снижения твердости. Образуется структурамартенсит отпуска. Низкому отпуску подвергают режущий и мерительныйинструмент, а также детали, которые должны обладать высокой твердостью иизносостойкостью.Рис. 21 МартенситПри среднем отпуске производится нагрев до 350-450°С. При этомпроисходит некоторое снижение твердости при значительном увеличении пределаупругости и улучшении сопротивляемости действию ударных нагрузок.
Структурастали представляет собой троостит отпуска, который имеет зернистое, а непластинчатое строение. Применяется для пружин, рессор, ударного инструмента.Рис. 22 ТрооститВысокий отпуск проводится при 550-650°С. В результате твердость ипрочность снижаются значительно, но сильно возрастают вязкость и пластичностьи получается оптимальное для конструкционных сталей сочетание механическихсвойств. Структура стали — сорбит отпуска с зернистым строением цементита.Применяется для деталей, подвергающихся действию высоких нагрузок.Термическая обработка, состоящая из закалки и высокого отпуска, называетсяулучшением. Она является основным видом обработки конструкционных сталейРис.
23 Сорбит4.3 Поверхностное упрочнение сталиПоверхностная закалка состоит в нагреве поверхностного слоя стальныхдеталей до аустенитного состояния и быстрого охлаждения с целью получениявысокой твердости и прочности в поверхностном слое в сочетании с вязкойсердцевиной. Существуют различные способы нагрева поверхности под закалку —в расплавленных металлах или солях, пламенем газовой горелки, лазернымизлучением, током высокой частоты.
Последний способ получил наибольшеераспространение в промышленности.При нагреве токами высокой частоты закаливаемую деталь помещаютвнутри индуктора, представляющего собой медные трубки с циркулирующейвнутри для охлаждения водой. Форма индуктора соответствует внешней формедетали. Через индуктор пропускают электрический ток (частотой 500 Гц-10 МГц).При этом возникает электромагнитное поле, которое индуцирует вихревые токи,нагревающие поверхность детали. Глубина нагретого слоя уменьшается сувеличением частоты тока и увеличивается с возрастанием продолжительностинагрева.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
