Термічна обробка металів. Структура доевтектоїдної сталі при кімнатній температурі. Діаграма ізотермічного перетворення перліту в аустеніт

Лекція 21

Термічна обробка металів.

План заняття:

1 Термічна обробка, призначення , область застосування і класифікація.

2 Перетворення ,які проходять у сталі при нагріванні. Ріст зерна аустеніту при нагріванні.

3 Перетворення, які проходять в сталі при охолодженні /при постійній температурі і при неперервному охолодженні з різною швидкістю/.

4  Утворення перліту, сорбіту, троститу і мартенситу.

5 Фактори , що визначають режим термічної обробки чавуну.   

Мета заняття  учбова: Поняття про технологічний процес теплової обробки металів і сплавів з метою зміни їхньої структури  та властивостей шляхом нагрівання і охолодження.

Мета    заняття  виховна:

Література :  1,с.157-187;  3, с.109-123,  4,с.102-113

Самостійна робота № 4

Термічна обробка металів

Відпал ,нормалізація, гартування і відпуск, старіння , обробка холодом , технологія проведення і призначення для сталі і чавуну.

Термомеханічна обробка сталі.

Дефекти термічної обробки сталі і чавуну.

Шляхи удосконалення методів термічного укріплення.

Техніка безпеки і пожежна безпека при термічній сталі і чавуну.

Термічною обробкою сталі називають процес її нагрівання до визначеної температури, витримування при цій температурі й подальше охолодження із заданою швидкістю з метою зміни структури та властивостей у бажаному напрямі.

Термічно обробляють виливки, кованки, напівфабрикати (отримані вальцюванням, волочінням або пресуванням), зварні вироби, деталі машин та інструменти різного призначення. Термічну обробку застосовують або як проміжну операцію для поліпшення технологічних властивостей (оброблюваності тиском чи різанням), або як прикінцеву технологічну операцію для досягнення певних експлуатаційних властивостей матеріалу. Що складніша й відповідальніша конструкція виробу, то більша частка в ньому термооброблених деталей.

Перетворення, що відбуваються у сталях під час нагрівання

Якщо нагрівати дуже повільно, то всі фазові перетворення у вуглецевих сталях описує ліва частина діаграми залізо-вуглець.   Принагідно зазначимо, що критичні температури цих перетворень позначають буквою А з певними індексами. Зокрема, температуру лінії РSК позначають через А₁, температури лінії GS— через А₃, а температури лінії SE — через А_ст. До названих позначень додають індекс с в разі охолодження або індекс r — при нагріванні, наприклад: Аc₁ , Ас_ст ,  Аr₃. Відхилення від рівноважних умов спричинює тепловий гістерезис, тобто розбіжність критичних температур нагрівання та охолодження.

Зупинимось на фазових перетвореннях, що відбуваються під час нагрівання у доевтектоїдній, евтектоїдній та заевтектоїдній сталях із вихідними рівноважними структурами.

Структура доевтектоїдної сталі при кімнатній температурі  - ферит + перліт. При температурі Аc₁  (лінія РSК) перліт перетворюється в аустеніт. Вище від цієї лінії буде двофазова структура: ферит + аустеніт. В інтервалі температур  Аc₁ ... Аc₃   ферит поступово розчиняється у аустеніті й при Аc₃   зовсім зникає. Вище  Аc₃  маємо тільки аустеніт.

В евтектоїдній сталі структура перліту зберігається аж до температури Аc₁  , при якій перліт повністю перетворюється в аустеніт.

У заевтектоїдній сталі з перлітно-цементитною структурою при температурі  Аc₁  перліт перетворюється в аустеніт, а в проміжку температур Аc_{1 с} ...А_ст вторинний цементит поступово розчиняється в аустеніті.

Отже, в результаті описаних перетворень у сталях формується однофазова аустенітна структура, яка займає частину діаграми вище лінії  GSE аж до лінії солідус.

У виробничих, як правило, нерівноважних умовах нагрівання (на відміну від розглянутих рівноважних) температура перетворення перліту в аустеніт перевищує Ас₁ , про що свідчить діаграма ізотермічного перетворення (рисунок 1), побудована в координатах температура  t— час  τ . Для побудови діаграми використані дані випробовувань зразків евтектоїдної сталі, кожен з яких нагрівали до заданої температури, що перевищувала Аc₁ , витримували при цій температурі й реєстрували час початку та кінця перетворення перліту П в аустеніт А. З'єднавши точки початку перетворення (на рисунку 1 не зображені), отримували лінію І і, з'єднавши точки кінця перетворення, — лінію II. Лівіше лінії І маємо перліт, правіше лінії II — аустеніт, а між цими лініями — обидві названі структури: перліт + аустеніт. Щоб отримати якісну картину перетворень, на діаграму нанесено швидкості нагрівання υ1, υ2, υ3 у вигляді прямих. Очевидно, що υ1 <  υ₂ < υ₃.

При найнижчій швидкості нагрівання υ1  спостерігаємо незначне перегрівання перліту відносно А₁ і порівняно велику тривалість до початку перетворення перліту у вигляді відтинка часу між віссю ординат і точкою 1. Закінчується перетворення в точці 2. Зі збільшенням швидкості нагрівання до  υ₂, а згодом і до υ₃, бачимо