Термічна обробка сталі. Перетворення при відпусканні мартенситу

Лекція 9. Термічна обробка сталі (ТО)  

Це обробка сталі теплом з метою одержання потрібної структури та властивостей.

За місцем у технологічному процесі виготовлення виробів розрізняють проміжну та кінцеву ТО. Мета проміжної ТО – надати металу добрих технологічних властивостей, а також підготувати структуру сталі для кінцевої ТО. Приклади проміжної ТО: зняття наклепу при ОМТ, відпалення на зернистий цементит заевтектоїдних сталей перед гартуванням. Мета кінцевої ТО – надати готовим виробам потрібної структури та властивостей.

Класифікація видів ТО (рис.1).

Обробка теплом

ТО                   ХТО                           ТМО

Відпалення          цементування                НТМО

Нормалізація       азотування                     ВТМО

Гартування           борування

                                                                         відпуск   

Рис.1

ХТО – хіміко-термічна, ТМО – термомеханічна обробка.

Графічне зображення режиму ТО

Основні показники режиму ТО – t-ра та час. Тому будь-який режим можна наочно зобразити на графіку в координатах t-ра – час (рис.2).

τ_Σ=τ_н+τ_в

 

     t C      t н гартування   

                      у воді, маслі

                                                                                 ℓgτ. сек       

Рис.2

Основні перетворення при ТО

1.  П→А [Fe_α(C)+ Fe₃(C) → Fe_γ(C)] – нагрівання вище А_с; А_с3;

2.  A→П [Fe_γ(C)→ Fe_α(C)+ Fe₃(C)] – повільне охолодження; відпалення; нормалізація;

3.  A→М [Fe_γ(C)→ Fe'_α(C)] – гартування;

4.  М→П [Fe'_γ(C)→ Fe_α(C)+ Fe₃(C)] – відпускання.

1.  Перетворення при нагріванні - Fe_α(C)+ Fe₃(C) → Fe_γ(C)

Стадії цього перетворення – утворення аустеніту; розпад цементиту, розчинення вуглецю в аустеніті, гомогенізація аустеніту по вуглецю (рис.3).

                                                   V1>V2     

       t c                     V1    

                                            A

                            П+А                              V2

 

                                                                         Ас1=727

П

ℓgτ              ℓgτ                ℓgτ. сек

Рис.3

Можливість перегрівання та перепалювання. Сутність обох понять (ріст зерна, окислення та оплавлення меж зерен).

Поняття про сталі дрібнозернисті та крупнозернисті. Окислювальні та без окислювальні середовища при нагріванні.

2.  Перетворення при охолодженні (рис.4)

Т₁⁰ С                                                                       А3 

                            А                 А     Ф           

                                                                             А1

     А                                                       П

                                                              С 

    Мн                                                  Т      

    Мк                        А     М

                                     М

ℓgτ. сек

             М          Vкрит                    Б=М+Т

Рис.4                                крок

                                        пластинок

Перлітні структури                                                         МКМ         НВ,МПа         

П – перліт        ……………………………………      0,7...1,0  2000-2500

С – сорбіт        ……………………………………      0,3...0,6   3000-3500

Т – трости       ……………………………………       0,1...0,15 4000-4500

Б – бейніт=М+Т_{голчастий}

М – мартенсит

V_кр – критична швидкість охолодження

3.  Особливості мартенситного перетворення

Бездифузійність, швидкість у межах зерна V_зв/2, необхідність безперервного охолодження, розмір голок залежить від вихідного діаметра зерна аустеніту, можливість А_ост залежить від t-ри М_к, залежність М_н і М_к від %С і легування (М_н і М_к знижуються).

4.  Перетворення при відпусканні мартенситу

Вихідна структура – М_{тетраг.}+А_ост

а) до 200ºС – відпускання мартенситу;

б) до 300ºС – розпад А_ост ;

в) до 400ºС – повне видалення вуглецю з решітки ОЦК, утворення Fe₃C (тростит відп.);

г) до 600ºС – коагуляція Fe₃C (сорбіт відпуск.).

Різниця структур, які одержані з аустеніту та мартенситу: з мартенситу структури зернисті, властивості кращі.