Основи термічної обробки сталей

Технологія металів складається з таких основних технологій:

• металургія – отримання сплаву заданого складу;

• механічна технологія – отримання виробів заданої форми і розмірів;

• термічна обробка – отримання заданих властивостей, які в значний мірі визначаються структурою сплавів. Структурні зміни відбуваються внаслідок фазових перетворень.

Перетворення в сталі при нагріванні.

При нагріванні відбувається перетворення перліту в аустеніт. Перліт є суміш двох фаз – феріту і цементиту. При нагріванні до критичної температури t⁰_s починають з'являтися мілкі зерна аустеніту, в яких розчиняється цементит. При продовженні підвищення температури зерна аустеніту ростуть, з'являються нові зерна і продовжується розчинення цементиту. Процес триває до повного перетворення перліту в аустеніт.

Перетворення в сталі при охолодженні.

Перетворення аустеніту в перліт може відбуватись тільки при t⁰<727⁰С.^. Для розпаду аустеніту потрібно його охолодження. Закономірності цього процесу характеризуються діаграмою ізотермічного перетворення аустеніту (розпадом аустеніту при постійній температурі).

Діаграму відтворюють експериментально. Зразки сталі, нагріті до аустенітного стану, швидко занурюють в ванну з рідиною, яка має температуру t <t _s, і витримують до завершення перетворення. Ступінь розпаду аустеніту визначають різними методами, наприклад, мікроструктурним.

Процес швидкого охолодження до температур, <t _s, називають переохолодженням.

• При незначному переохолодженні аустеніт розпадається з утворенням тонкої механічної суміші феріту і цементиту (перліту). Пластини феріту і цементиту мають розмір 0,6 -1,0 мкм. Припустимо, що за 0,5 с зразок охолоджується до t⁰ = 700⁰ С і далі витримується при цій температурі (ізотермічне перетворення). Виявляється, що з часом, до т. п₁, в аустеніті ніяких перетворень не відбувається. Перетворення починаються лише в точці п_1. Період часу до точки п₁ називається інкубаційним періодом. Перетворення аустеніту завершуються повністю до часу т. к₁, коли аустеніт повністю перейшов у перліт.

• При збільшенні переохолодження до 50⁰ - 120⁰С (охолодження до t⁰ = 650⁰ С і менше)бачимо, що інкубаційний період, початок п₂ і кінець к₂ перетворення (період перетворення аустеніту) зменшились, пластини феріту ростуть менше і товщина їх складає 0,25 – 0,30 мкм. Таку структуру називають сорбітом.

• При переохолодженні на 180⁰ – 200⁰ С (до t⁰ = 500⁰ С) отримаємо відповідно точки п₃ і к₃ перетворення аустеніту, ріст пластин зупиняється раніше, розмір їх складає 0,1 – 0,15 мкм. Таку структуру називають трооститом.

П

С

Т

Б

Таким чином, перліт, сорбіт і тростит – це ферітно-цементитні пластинчаті структури, які відрізняються лише розміром зерен.

При більшому переохолодженні аустеніту (до t⁰=240⁰С і нижче) відбуваються інші перетворення. Атоми заліза з γ-решітки перебудовуються в решітку α, але вуглець не встигає виділитися і утворити часточки цементиту, він зостається розчиненим в решітці α, утворюючи пересичений твердий розчин вуглецю в α-залізі, який має назву мартенсит.

• При переохолодженні до t⁰=350⁰С на діаграмі отримуємо точки п₄ і к₄ перетворення аустеніту, а структура сталі представлятиме суміш троститу і мартенситу. Така структура має назву бейніт.

При збільшенні кількості подібних випробувань знайдемо ряд точок початку (п_п) і (к_п) перетворень аустеніту. З'єднавши ці точки, отримаємо дві криві перетворення аустеніту: криву І початку перетворення при різних температурах і криву ІІ кінця перетворення при тих же температурах.

При охолодженні зразків з певною швидкістю, яка називається критичною, і швидше, при t⁰=240⁰С (лінія М_п) починається перетворення аустеніту в мартенсит; подальше перетворення аустеніту в мартенсит відбувається тільки при зниженні температури і закінчення цього перетворення для евтектоїдної вуглецевої сталі відбудеться лише при t⁰=-50⁰С .