Термическая обработка стали

Термическая обработка стали производится с целью придать ей ту или иную структуру для изменения соответствующим образом ее свойств, поскольку последние определяются структурой металла. При этом под термином “термическая обработка” понимают лишь такие приемы изменения внутреннего строения стали при которых как действующим фактором пользуются исключительно только теплом, не прибегая к другим воздействиям. Основой процессов термической обработки является полиморфизм железа и его твердых растворов определяющих структуру стали. Термическая обработка заключается в нагреве сплавов до определенных температур, выдержке их при этих температурах и последующем охлаждением с различной скоростью. Различают три основных вида термической обработки стали: закалку, отпуск и отжиг.

При медленном охлаждении стали происходит полный распад аустенита с образованием равновесной структуры, представленной ферритом и цементитом. В процессе закалки получают сталь неравновесной структуры повышенной твердости. Под закалкой понимают термическую обработку, состо-ящую в нагреве стали до температуры выше критической точки Ас₁ (линия РSK, рис.7) или Ас₃ (линия GS на диаграмме состояния железо – цементит), выдержке и последующем быстром охлаждении. Различают два вида превращений в стали при закалке: закалка на мартенсит и закалка на ферритно-цементитную смесь. При скорости охлаждения стали ≥ V_кр происходит бездиффузионное превращение аустенита в мартенсит (рис.9). При этом имеет место перестройка кубической гранецентрированной решетки аустенита в тетрагональную объемно-центрированную решетку мартенсита. Мартенсит представляет собой пересыщенный твердый раствор внедрения углерода в -железе. Таким образом, главным фактором закаливаемости является содержание углерода.

В практике термической обработки при регулировании скорости охлаждения аустенита с целью получения требуемой структуры стали пользуются С-образными кривыми, получаемыми для каждой марки стали опытным путем (рис. 10). По оси ординат показана температура переохлаждения аустенита, а по оси абсцисс – логарифм времени. Линия А₁ - нижняя критическая точка, соответствующая 727 °С. Первая С-образная кривая лежащая ближе к оси ординат показывает начало, а вторая С-образная кривая соответственно окончание превращения аустенита в ферритно-цементитную смесь.

Мартенсит отличается высокой твердостью (600…650 НВ) и хрупкостью. Критическая скорость охлаждения при закалке это минимальная скорость охлаждения для получения мартенситной структуры. Регулируя скорость охлаждения ниже критической V_кр,можно получать структуры пониженной твердости в виде смесей связанных между собой частиц феррита и цементита: перлит, сорбит или троостит. Эти структуры отличаются друг от друга количеством и степенью дисперсности зерен цементита, а также степенью дисперсности зерен. Свойства неравновесных структур стали приведены в табл.8.1.

Таблица 8.1