Виды термообработки. Рост зерна аустенита. Превращение аустенита в мартенсит при высоких скоростях охлаждения. Способы закалки. Азотирование

Предварительная - применяется для подготовки структур и свойств материалов, для последующих технологических операции (для обработки давлением и обработки резаньем)

Окончательная – формирует свойство окончательного изделия. Превращения протекающие при нагреве и охлаждении изделия.

Зависимость свободной энергии структурных составляющих сталей от температуры: аустенит (F_A), мартенсит (F_M), перлита (F_П).

Любая разновидность термообработки состоит из комбинации 4 основных превращении, в основе которых лежат стремление системы к минимуму свободной энергий.

1.  Превращение перлита в аустенит (П→А), происходит при нагреве выше критической температуры А₁, минимальной свободной энергией обладает аустенит. Fe_α(C) + Fe₃C →Fe_γ(C)

2.  Превращение аустенита в перлит (А > П), происходит при охлаждении ниже А₁, минимальной свободной энергии обладает перлит: Fe_γ(C) + Fe_α C→+ Fe₃C

3.  Превращение аустенита в мартенсит (А→М), происходит при быстром охлаждении ниже температуры нестабильного равновесия: Fe_γ(C)→ Fe_α(C)’

4.  Превращение мартенсита в перлит (М→П); - происходит при любых температурах, т.к. свободная энергия мартенсита больше, чем свободная энергия перлита.  Fe_α(C)’ → Fe_α(C)+ Fe₃C.

Механизмы основных превращений

1)  Превращение перлита в аустенит – превращение основано на диффузии углерода, сопровождается полиморфным превращением α→γ, а также растворением цементита в аустените. Превращение начинается с зарождения центров аустенитных зерен на поверхности раздела феррит – цементит. Кристаллическая решетка перестраивается ОЦК в ГЦК. Время превращения зависит от температуры, т.к. с увеличение степени перегрева уменьшается размер критического зародыша аустенита, увеличиваются скорость возникновения зародышей и скорость их роста. Образующиеся зерна аустенита имеют в начале такую же концентрацию углерода как и феррит. Затем в аустените начинает растворяться вторая фаза перлита – цементит. Следовательно концентрация углерода увеличивается. Превращение α→γ идет быстрее, после того как весь цементит раствориться аустенит не однороден по химическому составу: там где находились пластинки цементита концентрация углерода более высокая. Для завершения процесса перераспределения углерода в аустените требуется дополнительный нагрев или выдержка. Величина образовавшегося зерна аустенита оказывает влияние на свойство стали.

Рост зерна аустенита

Образующиеся зерна аустенита получаются мелкими (начальное зерно), при повышении температуры или выдержки происходит рот зерна аустенита, движущей силой роста является разность свободной энергии, мелко зернистой (большая энергия) и крупно зернистая (малая энергия) структуры аустенита. Стали различают по склонности к росту зерна аустенита, если зерно аустенита начинает быстро расти даже при незначительном нагреве выше температуры А₁, то сталь наследственно крупно зернистая. Если зерно растет только при большом нагреве, то сталь наследственно мелко зернистая. Склонность к росту аустенитного зерна является плавочная характеристика. Стали одной марки но разных плавок могут различаться, т.к. содержат не одинаковое количество неметаллических включении. Которые затрудняют рост аустенитного зерна. Ванадии, титан, молибден, вольфрам, алюминии – уменьшают склонность к росту зерна аустенита, а марганец и фосфор увеличивают её. Заэвтектоидные стали менее склонны к росту зерна.

27.09.2013

Различают величину зерна наследственную и действительную. Для определения величины наследственного зерна, образцы нагревают до 930^оC и затем определят размер зерна. Действительная величина зерна, размер зерна при обычных температурах, полученного после той или иной термообработки. Неправильный режим нагрева, может привести к перегреву или пережогу  стали.

Перегрев – нагрев доэвтектоидной стали значительно выше температуры А₃ приводит к интенсивному росту зерна аустенита.

При охлаждений феррит выделяется в виде пластинчатых или игольчатых кристаллов, такая структура называется видманштэдовая. Характеризуется пониженными механическими свойствами.

Перегрев можно исправить, повторным нагревом до оптимальных температур.

Пережог – это когда температура нагрева приближается к температуре плавления, при этом наблюдается окисление границ зерен, что резко снижает прочность стали. Пережог неисправимый брак.

Превращение аустенита в перлит, при медленном охлаждении.

Превращение связано с диффузией углерода сопровождается полиморфным превращением из γ→α, выделение углерода из аустенита в виде цементита

Критические точки железа и стали

Критические точки железа: точка А₃ – температура равновесия Fe_α↔Fe_γ(911^оС)

Точка А₄ – температура равновесия Fe_γ↔Fe_δ(1392^оС)

Критические точки стали: Точка А₁ (линия PSK) – температура эвтектоидного превращения: при медленном охлаждении аустенита состава S превращается в феррит состава P и цементит, при медленном нагреве реакция идет в обратном направлении.

Точка А₃ (линия GS) – начало выделения феррита из аустенита при медленном охлаждении или конец превращения феррита в аустенит при медленном нагреве.

Точка А_cm (линия SE) – начало выделения цементита из аустенита при медленном охлаждение или окончание растворения цементита в аустените при медленном нагреве.

Точка А₂ (768^оС) – температура перехода феррита из ферромагнитного