Превращение при нагреве стали

Основные виды термической обработки стали, их режимы и назначение: отжиг, закалка, отпуск, старение.

Отжиг.

Отжигом называют термообработку, направленную на получение в металлах равновесной структуры. Любой отжиг включает в себя нагрев до определенной температуры, выдержку при этой температуре и последующее медленное охлаждение. Цель отжига - уменьшить внутренние напряжения в металле, уменьшить прочностные свойства и увеличить пластичность.

Закалка

Закалка -это термообработка, направленная на получение в сплаве максимально неравновесной структуры и соответственно аномального уровня свойств. Любая закалка включает в себя нагрев до заданной температуры, выдержку и последующее быстрое резкое охлаждение. В зависимости от вида фазовых превращений, происходящих в сплаве при закалке, различают закалку с полиморфным превращением и закалку без полиморфного превращения.

Отпуск.

Отпуск - термообработка, направленная на уменьшение внутренних напряжений в сплавах после закалки с полиморфным превращением. Образование вторичных фаз после закалки с полиморфным превращением всегда опровождается резким увеличением внутренних. Соответственно максимально увеличиваются прочность и твердость, до минимума падает пластичность. Чтобы получить необходимое соотношение прочности и пластичности, такой сплав после закалки подвергают дополнительной термообработке: отпуску. Нагрев вызывает уменьшение концентрации легирующих элементов в твердом растворе и выделение вторичных фаз.

Старение – термическая обработка, при которой главным процессом является распад пересыщенного твердого раствора. В результате старения происходит изменение свойств закаленных сплавов. В отличие от отпуска, после старения увеличиваются прочность и твердость, и уменьшается пластичность.

Старение сплавов связано с переменной растворимостью избыточной фазы, а упрочнение при старении происходит в результате дисперсионных выделений при распаде пересыщенного твердого раствора и возникающих при этом внутренних напряжений.

 

Превращение при нагреве стали.

 

Для рассмотрения превращений, протекающих в стали при ее нагреве, обратимся к диаграмме состояния железоуглеродистых сплавов. В зависимости от содержания углерода сталь в исходном состоянии, т. е. до термической обработки, имеет следующую структуру: феррит + перлит, перлит или перлит + вторичный цементит. При нагревании стали до температур ниже 723° она не будет претерпевать превращений в своем строении, т. е. указанные выше структуры сохранятся. При температуре 723° произойдет превращение перлита в аустенит. Образование аустенита сопровождается двумя процессами - перестройкой кристаллической решетки Fea в Fey и растворением цементита в образовавшемсяFey.

Если в стали, кроме перлита, имеется феррит, то его превращение в аустенит будет происходить при дальнейшем повышении температуры вплоть до линии GS, т. е. до критической температуры Асз. Если же в стали, кроме перлита, содержится цементит, то он будет растворяться в аустените при нагреве до линии ES, т. е. до критической температуры Аст. Образовавшийся аустенит не однороден по своему составу, так как процесс диффузии углерода в аустените не завершается при переходе через критические температуры Асз и Аст. Чтобы получить однородный по составу аустенит, необходимо либо повысить температуру нагрева, либо увеличить выдержку при заданной температуре.

При дальнейшем нагреве стали наблюдается рост зерен аустенита. Этот процесс протекает неодинаково у различных сталей. У некоторых из них даже значительный нагрев выше критических температур не приводит к заметному росту зерен аустенита, у других же зерно аустенита заметно растет и при незначительном нагреве стали выше критических температур.