ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА

Общие положения термической обработки

Одной из важных проблем современного технического развития является улучшение технико-экономических показателей машин, механизмов и инженерных сооружений на основе снижения их удельной металлоёмкости, а также увеличения эксплуатационной надежности и долговечности. Термическая обработка – самый распространенный в современной технике способ изменения свойств металлов и сплавов. Чем ответственней конструкция, тем больше в ней термически обработанных деталей. По глубине и разнообразию структурных изменений, возникающих в результате термической обработки, с ней не могут сравниться ни механические, ни какие-либо другие виды воздействия на металл. Во всем мире по уровню использования в промышленности термической обработки судят о техническом уровне и культуре производства.

Термическая обработка – это технологический процесс тепловой обработки изделий из металлов и сплавов с целью изменения их структуры и свойств в заданном направлении. Эта цель достигается с помощью нагрева и выдержки при определенной температуре в течение заданного времени и последующего охлаждения. Температуру нагрева сплавов данного состава выбирают, исходя из их диаграммы состояния. Длительность выдержки должна обеспечить сквозное или поверхностное нагревание изделий, протекание фазовых превращений, растворение карбидов, коагуляцию фаз и т. п. Скорость последующего охлаждения определяет вид термической обработки.

Основными параметрами термической обработки являются температура и время. К вспомогательным параметрам относятся скорости нагревания и охлаждения. Любой режим термической обработки может быть представлен в виде графика в координатах: температура, время.

Основой всех превращений при термической обработке есть стремление системы к минимуму свободной энергии. Фазовые превращения в сплавах происходят вследствие того, что одно состояние системы становится менее стабильным по сравнению с другим, то есть имеет большую свободную энергию.

Во время термической обработки в стали происходят такие основные фазовые превращения:

- феррита и цементита в аустенит при нагревании выше точки А_с1;

- аустенита в феррит и цементит при охлаждении ниже точки А_r1;

- аустенита в мартенсит при охлаждении со скоростями больше критических;

- мартенсита в феррит и карбиды при его нагревании ниже точки А_с1.

Как видно из графика, приведенного на рис. 8, при температурах выше точки А₁ наименьшую свободную энергию имеет аустенит, и поэтому происходит его образование при нагреве стали.

Рисунок 8 - Зависимость свободной энергии F от температуры для различных структурных составляющих стали (А –

аустенит, М – мартенсит, П – перлит)

Ниже температуры А₁ происходит обратное превращение.

При температуре ниже Т_о свободная энергия перлита минимальна, но работа, необходимая для перехода аустенита в мартенсит меньше, чем для образования перлита. Данное обстоятельство способствует предварительному образованию мартенсита, после чего при соответствующих условиях будет образовываться феррито-цементитная смесь.