Теория термической обработки стали Связь между диаграммами состояния и возможностью термической обработки сплавов
Термической обработкой называют совокупность операций нагрева и охлаждения сплавов по определенному режиму с целью получения требуемых структур и свойств сплавов
Наличие фазовых превращений в твердом состоянии широко используется для изменения структуры и свойств сплавов методами термической обработки. Диаграммы состояния, как известно, дают информацию о фазовом составе сплавов в состоянии равновесия Равновесное состояние получают путем длительной выдержки при высоких температурах и медленного охлаждения. Соответствующая термическая обработка называется отжигом На рис 1 представлена диаграмма сплавов между металлами А и В каждый из которых обладает полиморфизмом. Соответственно, сплавы в этой системе имеют фазовые превращения а твердом состоянии. Кроме того металл В ограниченно растворим в низкотемпературной модификации металла А и эта растворимость зависит от температуры. Диаграмма состояния позволяет судить о возможных изменениях структуры и, соответственно, свойств при термообработках. Так, например, нагревом сплава I выше температуры 1 получаем состояние, соответствующее α - твердому раствору. При медленном охлаждении этого сплава в его структуре будут наблюдаться , наряду с зернами твердого α-раствора вторичные кристаллы металла В. Эта структура для сплава I является равновесной. При быстром охлаждении можно затормозить выделение вторичных кристаллов и зафиксировать пересыщенный твердый раствор при комнатной температуре, который, естественно, будет иметь свойства, отличные от сплава I в равновесном состоянии.
Рис.1 Диаграмма состояния и возможность термообработки
Если сплав III нагреть выше температуры точки 3 в область β - фазы, то последующим быстрым охлаждением можно затормозить полностью или частично фазовые превращения, которые должны протекать в равновесных условиях при охлаждении. В результате получим какое-то неравновесное состояние с особыми свойствами.
Нагрев сплава выше температуры фазового превращения в твердом состоянии с последующим быстрым охлаждением с целью получения неравновесной структуры называется закалкой
Естественно, сплав в закаленном состоянии неустойчив и стремится к переходу в равновесное состояние, что может быть достигнуто при достаточно активном движении атомов ( диффузии). Нагрев закаленного сплава содействует развитию диффузионных процессов и уменьшению степени неравновесности сплава
Нагрев закаленного сплава ниже температур фазовых превращений в твердом состоянии с целью получения более равновесного состояния называется отпуском.
Разновидностью отпуска является старение, заключающееся в том, что в некоторых закаленных сплавах при нормальной температуре ( естественное старение) или при повышенных температурах ( искусственное старение) протекают процессы распада пересыщенного твердого раствора Эти процессы обычно сопровождаются повышением прочности и твердости и уменьшением пластичности и вязкости сплава. Их называют так же дисперсионным твердением.
Таким образом, на основании диаграмм состояния устанавливается возможность или невозможность осуществления того или иного вида термообработки, а также температурный режим термообработки.
Вопросы:
1. Можно ли провести закалку сплавов I и IV ( рис 1), до каких температур их надо при этом нагреть?
2. Из чего будет состоять структура сплавов I и II после закалки?
Для определения режимов термообработки углеродистых сталей служит левый нижний угол диаграммы состояния Fe – Fe3 C . Температуры фазовых превращений при термической обработке сталей( критические точки) определяются линиями PSK ( A ) , GS ( A ) SE ( A )
Легирование изменяет положение критических точек.