Литература.

1. Г.М. Волков, В.М. Зуев. «Материаловедение». Учебник для ВТУзов. М. «Академия». 2008 г.

2. Б.Н. Арзамасов, В.И. Макарова, Г.Г. Мухин, Н.М. Рыжов, В.И. Силаева. «Материаловедение». Учебник для ВУЗов. М., изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана. 2002г.

3. М.Л. Бернштейн, В.А. Займовский. «Механические свойства металлов». Учебник для ВУЗов М. «Металлургия». 1979г.

4. А.М. Адаскин, В.М. Зуев. «Материаловедение и технология материалов». Учебное пособие. М. «Форум». 2010г.

Глава 2. Теория термической обработки.

Термической называют обработку, при которой на сплав оказывается тепловое воздействие с целью изменения его структуры и свойств. Термическая обработка состоит из нагрева до определенной температуры, изотермической выдержки при этой температуре и охлаждения с определенной скоростью. Обобщенная схема термическойобработки представлена на рис.14.

Рис.14.	Обобщенная схема термической обработки. 1 – нагрев; 2 – выдержка; 3 – охлаждение.

Основными параметрами термической обработки являются температура нагрева (), время выдержки () и скорость охлаждения (V_охл.,°С/сек). Температура нагрева зависит от значений критических для данного сплава температур. Время выдержки зависит от массы обрабатываемых изделий и типа печи, в которой проводится нагрев. Скорость охлаждения определяют из соотношения /, °С/сек.

Наибольший эффект достигается при термообработке стали. При этом могут быть обеспечены как необходимые технологические свойства стальных заготовок, так и требуемые эксплуатационные свойства стальных деталей. Поэтому следует в первую очередь рассмотреть основные положения теории термической обработки применительно к сталям.

2.1. Критические температуры при термообработке стали.

Это температуры, по достижении которых при нагреве или охлаждении стали происходят изменения ее структуры и фазового состава. Эти температуры при малых скоростях нагрева и охлаждения определяют с помощью стального участка диаграммы Fe-Fe₃C (рис.16).

Рис.15.	Стальной участок диаграммы Fe-Fe3C

Критическим температурам на указанной части диаграммы соответствуют линии PSK(A₁), GS(A₃), SE(A_cm). Однако по достижении этих температур, как при нагреве, так и при охлаждении фазовые превращения протекают очень медленно. Поэтому в практике термообработки приняты температуры, значения которых отличаются от A₁,A₃,A_cmна несколько градусов. При нагреве эти температуры несколько превышают критические и обозначаются как A_С1,A_С3,A_cm. При охлаждении эти температуры обозначают как A_r1,A_r3,A_rcm, и по сравнению с критическими они ниже также на несколько градусов.

2.2. Превращения при нагреве стали.

При нагреве стали имеют место следующие процессы: аустенитизация (превращение перлита в аустенит), рост аустенитных зерен, гомогенизация аустенита.

Аустенитизация является необходимым этапом термической обработки сталей. Это превращение происходит в сталях при температуреA_С1, перлит превращается в мелкозернистый аустенит, т.к. в каждом перлитном зерне образуется несколько зародышей аустенита (рис.16).

Рис.16. Этапы аустенитизации.

Превращение перлита в аустенит происходит в три этапа: образование зародышей аустенита в результате полиморфного превращенияFe_α → Fe_γ, растворение цементита в аустените за счет диффузии атомов углерода, образование однородной аустенитной структуры.

Скорость превращения зависит от температуры: при A_С1(≈730°С) время превращения составляет ≈20мин, а при 850°С – несколько секунд. Процесс аустенитизации завершается образованием однофазной аустенитной структуры. В доэвтектоидных сталях это достигается при нагреве вышеA_С3, а в заэвтектоидных – выше A_cm.

Рост аустенитных зерен происходит путем собирательной кристаллизации. Это процесс укрупнения зерен при одновременном уменьшении их количества. Укрупнение зерен происходит за счет миграции их границ. Скорость миграции резко снижается при наличии в структуре стали карбидов, нитридов и других неметаллических включений. В сталях¸ дополнительно раскисленных алюминием, частицы нитрида алюминия, располагаясь по границам зерен, препятствуют собирательной рекристаллизации и тормозят рост зерен. Аналогичное влияние оказывают карбиды легирующих элементов (Ti,V,Nb,Mo), входящих в состав стали. Такие стали относятся к наследственно-мелкозернистым, мелкий размер аустенитных зерен в этих сталях практически не меняется при нагреве вплоть до 1000…1050°С. Стали, раскислявшиеся при выплавке только кремнием и марганцем, относятся кнаследственно-крупнозернистым.В этих сталях рост аустенитных зерен начинается при температуре нагрева, несколько превышающей A_С1.

На величину аустенитных зерен оказывает влияние скорость нагрева: с ее увеличением размер аустенитных зерен уменьшается. Это объясняется тем, что с увеличением скорости нагрева резко возрастает интенсивность образования зародышей аустенита, а скорость роста аустенитных зерен при этом существенно меньше.

Существует специальная методика определения величины аустенитного зерна, а также шкала зернистости. Стали с размером зерен, соответствующим 1..5 баллам шкалы, считаются крупнозернистыми, а стали с размером зерен 6…10 балла – мелкозернистыми. Между номером (баллом) зерна N и количеством зерен на 1мм² существует зависимость h=8·2^N, где h – количество зерен.

Следующим после аустенитизации этапом термической обработки является гомогенизация аустенита, в результате которой обеспечивается однородность химического состава по объему аустенитных зерен. Это происходит в процессе выдержки стали при заданной температуре термообработки. По завершении выдержки сталь подвергается охлаждению с определенной скоростью. Целью охлаждения является превращение аустенита в структуру, которая обеспечивает заданные свойства стали.