Виды термообработки стали и превращения при ней

Имеются 4 основных вида ТО стали:

- отжиг I рода - нагрев, выдержка и охлаждение изделия с целью снятия остаточных напряжений и искажений кристаллической решетки;

- отжиг II рода - нагрев выше т-ры фазового превращения и медленное охлаждение для получения устойчивого равновесного фазового состава;

- закалка – нагрев до температуры выше температуры фазовых превра-щений, выдержка и быстрое охлаждение для фиксации высокотемпературного состояния сплава;

- отпуск – нагрев закаленной стали до температуры ниже фазового превращения и охлаждение для снятия закалочных напряжений. Если отпуск проводится при или несколько выше, он называется старением.

Основой ТО является часть диаграммы Fe-C до 2,14%С, расположенная ниже линии солидуса, где наблюдаются структуры аустенита, феррита, цементита и мартенсита (перенасыщенный твердый раствор, образующийся в неравновесных условиях). При ТО наблюдаются 4 основных превращения:1) Перлита в Аустенит выше Т=727 (точка А ): Ф+Ц А; 2) Аустенита в Перлит ниже А : А Ф+Ц; 3) Аустенита в мартенсит при температурах ниже температуры метастабильного равновесия этих фаз; 4) Мартенсита в перлит при любых температурах : М Ф+Ц.

2.2.2. Превращения Перлит↔Аустенит

Полное превращение Перлита в Аустенит происходит при температуре А и в условиях медленного нагрева. В обычных условиях нагрева оно запаздывает и соответствует большим температурам. Для определения длительности и температурного диапазона, в котором происходит это превращение, используют диаграмму изотермического образования Аустенита (рис.2.6). Лучи соответствуют скоростям нагрева. Видно, что чем выше Т, тем быстрее процесс.

Рис.2.6. Диаграмма изотермического образования аустенита

Вначале в Перлите на границах пластинок Феррита и Цементита образуются зародыши Аустенита. Поскольку их много, превращение сопровождается уменьшением зерна. При этом различают наследственно мелкозернистую и наследственно крупнозернистую стали. В первых, аустенитное зерно не растет вплоть до 950-1000 , во вторых его рост идет сразу после превращения П А (рис.2.7). В зависимости от наследственной зернистости, которая определяется методом получения стали, в них по-разному протекают процессы горячего деформирования. Наследственно мелкозернистые стали более технологичны.

Превращение Аустенита в Перлит происходит при и его скорость тем больше, чем больше степень переохлаждения. Но при низких температурах замедляется диффузия С из Аустенита в Цементит. В силу этих противоположных факторов на температурной зависимости скорости превращения имеется оптимум, а при Т=727 ( ) и Т=200 (диффузия=0) превращения нет (рис.2.7). На практике, по кинетическим кривым, описывающим накопление Перлита в Аустените, строят диаграммы изотермического превращения Аустенита (С - кривые) в Перлит и Мартенсит (большие , когда подавлена диффузия).

Перлитное превращение переохлажденного Аустенита имеет диффузионный характер. Зародыши Цементита образуются на границах зерен Аустенита, он объединяется С и растут зародыши Феррита. Т.е. Цементит и Феррит растут совместно и формируется колония пластинчатого Перлита. Чем больше , тем тоньше пластинки. При малых (высоких температурах превращения ) образуется грубодисперсный пластинчатый Перлит. При средних значениях ( ) пластинки тоньше (сорбит), а при больших ( ) очень тонкие (троостит). Сорбит и троостит квазиэвтектоиды, т.е. неравновесные структуры с .

В практическом отношении более важно не изотермическое превращение (Т-const), а переход при непрерывном охлаждении. Для его описания используется наложение кривых Т( ) эвтектоидной стали на диаграмму изотермического превращения. Это позволяет связать с типом конечной структуры и ее дисперсностью (рис.2.7). Чем меньше , тем при более высокой температуре пересекутся и С- кривые и более крупнозернистым будет образовавшийся Перлит. При больших и С- кривые пересекаются при низких температурах, распад Аустенита начнется при больших с образованием мелкодисперсного Перлита.

Рис.2.7. Термокинетические диаграмма превращения аустенит-перлит

При очень быстром охлаждении, > критической скорости закалки ( на рис.2.7) Аустенит переохлаждается до температуры мартенского превращения, не переходя в Перлит. Эта методика дает качественное представление о кинетике процесса, количественную оценку дают термокинетические диаграммы, которые строятся по результатам исследований на образцах-моделях. По термокинетическим диаграммам с учетом состава стали, размера зерна Аустенита и соотношения структурных составляющих прогнозируется конечная структура и назначаются режимы ее ТО.