Основы термической обработки - Крупицкий В.А.
Скачать (прямая ссылка):
В зависимости от склонности к росту зерен аустенита сталь делят на два типа: наследственно крупнозернистую, которая отличается повышенной склонностью к росту зерен, и наследственно мелкозернистую, которая до определенных температур отличается малой склонностью к росту зерен. Таким образом, наследственное зерно показывает, насколько велика склонность стали к перегреву, что очень важно при термической обработке. Существует несколько способов, с помощью которых можно определить наследственное зерно в стали. Наиболее простым является метод окисления: приготовляют шлиф и нагревают его в течение 3 час. при температуре 930° в печи, а затем охлаждают на воздухе и слегка полируют. Так как при нагреве границы зерен аустенита окисляются наиболее сильно, то после полировки она четко выделяются на светлом фоне шлифа в виде темной сетки. Выявленные таким путем зерна сравнивают со стандартной шкалой зернистости, имеющей восемь номеров (рис. 47). Сталь, которая подходит к номерам 1-4, считается наследственно крупнозернистой, а к номерам 5 - 8 - наследственно мелкозернистой. Основной целью нагрева стали при термической обработке чаще всего является получение мелкозернистого однородного аустенита. Знание наследственного зерна
42
стали позволяет установить правильный режим тепловой обработки для решения указанной задачи. От наследственного следует отличать действительное зерно стали. Действительным называется фактическое зерно, полученное в результате термической обработки стали. Свойства стали в конечном итоге определяются действительным зерном. При правильной термической обработке в наследственно крупнозернистой стали можно получить мелкое действительное зерно. Таким образом, нагрев — важная операция термической обработки, закладывающая основы для получения необходимой структуры и свойств стали.
5 6 7 3
Рис. 47. Шкала размеров зерна.
ПРЕВРАЩЕНИЯ В СТАЛИ ПРИ ЕЕ НЕПРЕРЫВНОМ ОХЛАЖДЕНИИ.
Как известно, в результате нагрева сталь получает структуру аустенита. Поэтому основные превращения стали при охлаждении связаны с превращениями аустенита. Рассмотрим превращения, протекающие в эвтектоидной стали, содержащей 0,8% углерода при охлаждении.
Образование перлита. Из диаграммы состояния железоуглеродистых сплавов известно, что при медленном охлаждении стали, содержащей 0,8% углерода, при критической температуре Аи (723°) происходит превращение аустенита в перлит. Напомним, что аустенит представляет собой твердый раствор углерода в Fey, а перлит — механическую смесь феррита (Fea) и цементита (ТезС). При превращении аустенита в перлит происходят следующие три процесса:
1)перестройка кристаллической решетки Fey в Fea;
2) выделение цементита из кристаллической решетки;
3) разрастание образовавшегося цементита.
Чтобы все указанные процессы успели полностью завершиться, аустенит надо охлаждать со скоростью менее 1° в минуту. Такое медленное охлаждение необходимо потому, что при образовании перлита из аустенита важную роль играют диффузионные процессы, так как углерод перемещается на сравнительно большие расстояния. При более быстром охлаждении аустенита не все описанные процессы успеют произойти, и в результате получатся промежуточные между аустенитом и перлитом структуры - так называемые переходные структуры: сорбит, троостит и мартенсит. Превращение аустенита стали У8 в зависимости от скорости ее охлаждения показаны на рис. 48.
43
Мартенсит * ост. аустенит Нд~600
Рис. 48. Схема структурных превращений аустенита в стали У8 при различных скоростях
охлаждения.
Образование сорбита. Если скорость охлаждения аустенита увеличить примерно до 5° в секунду, то при критической температуре Аг| (723°) не произойдет превращения аустенита в перлит. Аустенит сохранится не распавшимся до более низких температур (600 - 650°). Такой аустенит называется переохлажденным. Так как в данном случае распад аустенита будет протекать при более низкой температуре (600 - 650°), то не все процессы, происходящие при перлитном превращении, успеют завершиться — для этого не хватит времени. Перестройка кристаллической решетки и выделение цементита закончатся полностью, но процесс разрастания цементита будет протекать лишь частично. В результате получится структура, называемая сорбитом.
Эта структура, так же как и перлит, представляет собой механическую смесь феррита и цементита, но отличается от перлита более тонким строением пластинок цементита и меньшим расстоянием между ними. Поэтому изучение структуры сорбита следует производить при сравнительно больших увеличениях (в 500—600 раз). Микроструктура сорбита представлена на рис. 49. От обычного перлита сорбит отличается более высокими значениями твердости (Hg = 250 - 350), упругости и прочности при достаточной вязкости. Образование троостита. При увеличении скорости охлаждения стали до 40 - 60° в секунду переохлажденный аустенит сохраняется не распавшимся до температур 400 - 550°. При распаде аустенита в интервале указанных температур успеют завершиться лишь два процесса: перестройка Fey в Fea и выделение цементита. Третий процесс — разрастание цементита — происходить не будет. В результате такого распада аустенита образуется механическая смесь феррита и цементита с более мелким строением, чем в сорбите. Такая структура называется трооститом. Следовательно, перлит, сорбит и троостит имеют одинаковую природу. Все они представляют собой механическую смесь феррита и цементита, но отличаются друг от друга размерами частиц. В троостите частицы настолько измельчены, что не различаются даже при больших увеличениях. Если троостит сочетается с другой структурой, то при травлении он всегда выделяется более темной окраской (рис. 50). Троостит обладает твердостью Hg = 350 - 450, высоким пределом упругости и сравнительно малой вязкостью. Критические температуры, при которых происходит распад переохлажденного аустенита в сорбит или троостит, принято обозначать А'гь
