Термична обработка на стомани
Целта на работата: да се запознаят с теорията и практиката на топлинната обработка, да установят зависимостта на механичните свойства на закалената стомана от режима на топлинна обработка.
Термична обработка е процесът на обработка на изделия от метали и сплави чрез термично въздействие с цел промяна на тяхната структура и свойства в дадена посока. Това въздействие може да се комбинира с химично, деформационно, магнитно и други видове въздействие. Термичната обработка е едно от най-важните звена в технологичния процес за производство на полуфабрикати, машинни части; се използва като междинен етап за подобряване на технологичните свойства (обработваемост чрез натиск, рязане и др.) и като крайна операция за придаване на метала (сплавта) на комплекс от механични, физични, химични свойства, който осигурява необходимите експлоатационни характеристики на продукта. Колкото по-отговорен е дизайнът, толкова повече, като правило, има повече термично обработени части в него.
Сред видовете термична обработка на стоманите се разграничават отгряване, нормализиране, закаляване и темпериране.
В желязо-въглеродните сплави температурите на най-важните трансформации при нагряване -критични точки - се означават с буквите AC със съответните индекси: AC1 - температура на евтектоидна трансформация (линия PSK); AC3 е температурата на полиморфната a«g трансформация (линия GS); AC4 е температурата на полиморфната g«d трансформация (линия NI); Asm е температурата на отделяне на вторичен цементит от аустенит (линия SE).
Отгряването е вид термична обработка, която осигурява равновесна структура. Конструкционните хипоевтектоидни стомани се подлагат напълно (рекристализация )отгряване : те се нагряват до температура над критичната точкаАс3 при 30÷50 °С, охлажда се бавно (с пещ) със скорост 100÷200 градуса/час. В резултат на отгряването се отстраняват вътрешните напрежения, елиминират се дефекти (например зашиване, ферит на Widmanstatt) - получава се равновесна феритно-перлитна структура, твърдостта намалява и пластичността и вискозитетът се увеличават.Непълно отгряване (нагряване над AC1, но под AC3) се използва в ограничена степен за хипоевтектоидни стомани, то се извършва за омекване на стоманите преди рязане.
За свръхевтектоидните стомани се използва непълно отгряване с нагряване до 740÷780 °C и последващо бавно охлаждане. Образува се структурата на гранулиран перлит (сферодит ), поради което отгряването се наричасфероидизиране. Такава стомана има най-ниска твърдост, по-лесно се обработва чрез рязане. Сфероидизиращото отгряване се използва за въглеродни и легирани стомани за инструменти и сачмени лагери.
Нормализиране - вид отгряване от 2-ри вид - вид термична обработка, състояща се от нагряване на стомани до температура, по-висока от критичната точка AC3 или Asm с 30÷50 °C, задържане при тази температура и охлаждане на въздух. Тази обработка се използва за премахване на едрозърнестата структура и изравняване на механичните свойства. За меки стомани (съдържащи до 0,3% С) се използва нормализиране вместо отгряване като по-икономична топлинна обработка. В свръхевтектоидните стомани нормализирането елиминира вторичната цементитна мрежа.
Закаляването на стомани е вид термична обработка, състояща се от нагряване на стомани до температура от 30 ÷ 50 ° C над критичната точка Ac1 за инструментална стомана или Ac3 за конструкционна стомана, излагане при тази температура и последващо бързо охлаждане със скорост над критичната (във вода, разтвори на соли, полимери или вдруги среди). В резултат на закаляването твърдостта и якостта на стоманите се увеличават, но пластичността намалява.
Възможността за втвърдяване на стомани чрез термична обработка се дължи на наличието на фазови трансформации в твърдо състояние: чрез охлаждане на аустенит с различни скорости и по този начин осигуряване на различна степен на преохлаждане е възможно да се получат продукти от разлагане на аустенит, които се различават рязко по структура и свойства (фиг. 3.1).
Ориз. 3.1. Диаграма на изотермично разлагане на аустенитна евтектоидна стомана
При относително ниски скорости на охлаждане аустенитът претърпява трансформация при температури от 700÷550 °C с образуването на структури от перлитен тип -перлит, сорбит, троостит. Тези структури са фазова смес от ферит и цементит, имат ламеларна структура и се различават една от друга по степента на дисперсност - междуслойното разстояние (сумата от дебелините на две съседни феритни и цементитни плочи). Дисперсията на получената смес се увеличава с намаляването на температурата на трансформация, едновременното увеличаване на якостта и твърдостта и намаляването на пластичните свойства на стоманите (виж таблица 3.1).
Характеристики на перлитните структури
| Име на микроструктурата | Интерламеларно разстояние, µm | Твърдост по Бринел HB, MPa |
| перлит | 0,6÷1,0 | 1800÷2500 |
| сорбитол | 0,25÷0,3 | 2500÷3500 |
| тростит | 0,1÷0,15 | 3500÷4500 |
Охлаждащата среда значително променя скоростта на охлаждане по време на закаляване, а оттам и структурата на стоманата. Най-често за закаляване се използват кипящи течности - вода, водни разтвори на основи и соли (за закаляване на въглеродни и нисколегирани стомани), масла (за закаляване на легирани стомани).