94327

Перетворення в загартованій сталі при нагріванні. Відпуск та старіння

Доклад

Производство и промышленные технологии

В результаті другого перетворення залишковий аустеніт перетворюється в перенасичений а-розчин фериту і цементиту, тобто перетворення закінчується повним виділенням з розчину цементиту й утворенням кубічного мартенситу. Третє перетворення закінчується утворенням ферито-цементитної суміші.

Украинкский

2015-09-11

25.09 KB

0 чел.

Перетворення в загартованій сталі при нагріванні. Відпуск та старіння.

При нагріванні сіалі відбуваються перетворення мартенсит}' і залишкового аустеніту.

Залежно від температури нагрівання умовно можна виділити чотири перетворення: перше відбувається в інтервалі температур 80-200°С. друге при температурах 200-300°С третє — при 300-400°С и четверте при температурах вище 400°С.

У таблиці позначено: М мартенсит, Ф ферит, Мвш мартенсит відпущений, Азал аустеніт залишковий, Ре2С є-карбід.

З табл.3.1 видно, що в результаті першого перетворення структура загартованої сталі складається з так названого відпущеного мартенситу метастабільного є-карбіду Ре2С, що виділився з нього, а також залишкового аустеніту, який не зазнав змін.

В результаті другого перетворення залишковий аустеніт перетворюється в перенасичений а-розчин фериту і цементиту, тобто перетворення закінчується повним виділенням з розчину цементиту й утворенням кубічного мартенситу.

Третє перетворення закінчується утворенням ферито-цементитної суміші.

Коагуляція часток цементиту відбувається при подальшому нагріванні вище 400°С, при так названому, четвертому перетворенні. Зазначені в таблиці температурні інтервали для кожної марки сталі різні й можуть зміщатися в більшу або меншу сторону.

Відпуск сталі: Процеси перетворення мартенситу і залишкового аустеніту при нагріванні називаються відпуском загартованої сталі. Відпуск залежно від одержаної мікроструктури називають низьким, середнім або високим.

Після низького відпуску (120-250°С) у загартованій сталі зберігається мікроструктура мартенситу. Після середнього відпускання (350-500°С) утвориться тростит відпуску, після високого (500-б50°С) сорбіт відпуску. Останні дві структури (тростит і сорбіт) розрізняються лише за ступенем дисперсності цементитних часток і механічних властивостей.

У ферито-цементитних сумішах, які утворюються при розпаді переохолодженого аустеніту, цементит має пластинчасту форму, а при розпаді мартенситу зернисту.

Відпуск є кінцевий вид термічної обробки, який призначається для створення в сталі певної структури в цілях отримання заданих якостей.

Таким чином, відпуском називають технологічний процес термічної обробки, який полягає в нагріванні загартованої сталі до певної температури, яка не перевищуює точки Ась витримці при ній і подальшим охолодженням до кімнатної температури.

Низький відпуск проводять шляхом нагрівання загартованої сталі до температури 120-250°С. При даних температурах утворюється структура відпущеного мартенситу, дещо знімаються внутрішні напруження і зберігається властива мартенситу висока твердість. Цьому відпуску підлягають деталі, які працюють в умовах тертя і зносу, цементовані (шестерні, вали коробок передач, диски фрикційних механізмів та ін.), а також ріжучі і вимірювальні інструменти. Температура відпуску вибирається у вказаних рамках в залежності від призначення виробу. Наприклад, ріжучий і вимірювальний інструмент в цілях збереження високої твердості і зносостійкості відпускають при температурах

150-200°С. Цементовані вироби, твердість яких повинна бути в рамках НКС 50-60, відпускають при температурах 200-220°С.

Інколи на виробництві, особливо інструментальному, використовують гартування з самовідпуском. Температуру самовідпуску в цьому випадку визначають по кольорам побіжалості, які представляють собою кольори тонкої плівки окисла, яка утворюється при температурах: 220°С світло-жовтий; 255°С коричневий; 285°С фіолетовий; 295-3І0°С -темно-синій; 330°С темно-сірий. З підвищенням температури відпуску збільшується товщина оксидної плівки і змінюється її забарвлення.

Середній відпуск проводять шляхом нагрівання загартованої сталі до температури 350-500°С. В результаті середнього відпуску сталь набуває структури троститу відпуску, твердість помітно знижується, при цьому зберігається висока міцність і пружність сталі. Такому відпуску підлягають пружини, ресори, торсіонні та інші пружинні елементи. Середній відпуск здійснюється в електричних печах чи в розплавах солей.

Високий відпуск проводять при температурах 500-650°С. При цьому сталі набувають структуру сорбіту відпуску, яка поєднує високу в'язкість і пластичність з достатньо високою твердістю і міцністю. При високому відпуску майже повністю знімаються внутрішні напруження. Високий відпуск використовується для деталей, які працюють при великих ударних і знакозмін-них навантаженнях (шатуни, поршні і силові шпильки двигунів).

Термічна обробка, яка складається з гартування і подальшого високого відпуску з метою отримання мікроструктури сорбіту відпуску, в техніці отримала назву покращення. Покращенню піддають середньовуглецеві (0,3-0,6%С) конструкційні і леговані сталі, від яких вимагають високої межі текучості от, межі міцності ав, ударної в'язкості а„.

Для деяких сталей, які містять леговані елементи Сг, \У, V, Мо, температурні інтервали розпаду мартенситу зміщуються в бік підвищення температури, тому і вказані інтервали для різних видів відпуску також зміщуються вгору.

Старіння сталі

Розпад пересиченого а-розчину низьковуглецевої сталі, що протікає в часі і обумовлює зміну властивостей, називається старінням.

У низьковуглецевих сталях при швидкому охолодженні процес виділення третинного цементиту (відповідно до лінії Р(3) затримується. Це призводить до одержання при нормальній температурі пересиченого вуглецем фериту. Отже, твердий розчин є метастабільним і буде прагнути до зменшення своєї внутрішньої енергії шляхом розпаду.

Відомо 3 види старіння: старіння загартованої, низьковуглецевої і деформованої сталі.

Процеси, що відбуваються в сталі при кімнатній температурі, називають природним старінням, при підвищених температурах штучним.

Штучне старіння загартованих сталей відбувається при температурах 50-150°С, деформованих при температурах 200-350°С протягом декількох хвилин.

При старінні термічно-оброблених сталей, як вважається, відбуваються процеси виділення третинного цементиту у вигляді дисперсних частинок або нітридів Ре4Н або Ре6И2. Ці частинки, створюють атмосфери Коттрелла, ускладнюють рух дислокацій, що призводить до підвищення твердості сталі. Одночасно знижується ударна в'язкість і підвищується поріг холодноламкості сталі.

Старіння деформованої сталі розвивається протягом 15-16 діб, при 20°С, та протягом декількох хвилин при 200-350°С. Воно пов'язано не з виділенням надлишкової фази з пересиченого твердого розчину, а тільки з перерозподілом атомів у решітках розчину. В результаті спотворень, при холодній деформації в решітках фериту, виникають області стиску й розтягнення. Атоми вуглецю, що перебувають у розчині, при нагріванні або навіть при кімнатній температурі переміщаються в області стиску, а атоми заліза — у розтягнуті місця. Скупчення вуглецю, утворюючи атмосфери Коттрелла навколо дислокацій, впливають на механічні властивості так само, як дисперсні виділення цементиту при термічно-обробленій сталі.

Старіння негативно позначається на експлуатаційних і технологічних властивостях багатьох сталей, викликає руйнування конструкції після зварювання, згинання, а також погіршує штамповку сталей. Для зменшення схильності сталі до старіння її легують алюмінієм, титаном, або ванадієм.