Термическая обработка

Практическое применение диаграммы Fe–Fe₃C имеет и при термической обработке. Термическую обработку трудно переоценить, потому что она является основой для создания материалов с заданными свойствами. Цель термической обработки – изменение свойств стали путем изменения ее структуры.

Термическая обработка заключается в том, что сталь нагревают до определенной температуры, выдерживают и затем охлаждают. Графически этот процесс выглядит так:

Это простой случай. Сейчас применяют более сложные операции при термической обработке:

По диаграмме состояния Fe – Fe₃C можно сказать, какие изменения происходят в структуре при термической обработке (4 превращения)

1. Превращение выше 723°С, при этом

α + Fe₃C → γ

^{перлит аустенит}

2. Превращение ниже 723°С, при этом

γ → α + Fe₃C

^{аустенит перлит}

3. Превращение аустенита в феррит (мартенсит)

γ → α

4. Превращение феррита в перлит

α → α + Fe₃C

Термической обработке подвергаются лишь стали с содержанием углерода выше 0,01% С. Температура термической обработки определяется составом стали. Для доэвтектоидной стали ее берут на 30–50°C выше А₃, для заэвтектоидной – на 30–50°C выше А₁, но ниже А_3, т.к. в состав стали уже входит цементит, который обеспечивает износостойкость стали. При нагреве выше А₃ может появиться аустенит, который, растворяя углерод ухудшает свойства стали.

Основные виды термической обработки стали.

1. Отжиг без перекристаллизации.

Применяется для снятия внутренних напряжений в стали при штамповке, прокатке. Сталь нагревают выше А₁ с последующим медленным охлаждением. При этом ускоряется процесс исправления кристаллической решетки и снятия напряжений.

2. Отжиг с перекристаллизацией.

Сталь нагревают выше А₃ с последующим медленным охлаждением. При этом достигается структура феррит–перлит или перлит–цементит.

3. Закалка.

Нагрев выше А₃ с последующим быстрым охлаждением. При охлаждении аустенит распадается на феррит и цементит. Такая сталь мелкокристаллическая, у неё уменьшается пластичность и увеличивается твердость.

4. Нормализация (отпуск).

Отпуск закаленной стали (приближение её к равновесному состоянию) – нагрев ниже А₁ с медленным охлаждением.

5. Химико-термическая обработка.

Заключается в насыщении поверхностного слоя стали различными компонентами (металлы и неметаллы) для упрочнения поверхности. Химико-термическая обработка отличается от 1 – 4 тем, что кроме структурных изменений происходят химические изменения в поверхностном слое. Химико-термическая обработка заключается в помещении стали в среду (твердую, жидкую, газообразную), богатую насыщающим элементом который диффундирует в металл.