ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Термическая обработка стали из "Общая химическая технология Том 2" При термической обработке металлов, т. е. при нагревании и охлаждении в определенных условиях, металл приобретает требуемую структуру, определяющую его свойства. [c.149] Применяются четыре основные операции термической обработки отжиг, закалка, отпуск и нормализация. [c.149] На рис. 67 представлена часть диаграммы состояния системы Р е—С, ограниченная максимальным содержанием углерода в железе (6,67 о), которое можно получить при обычных условиях. [c.149] Прежде чем перейти к объяснению этой диаграммы, необходимо напомнить, что железо существует в нескольких аллотропических формах (а, -( и о, см. стр. 114). [c.149] Все сплавы железа и углерода при температурах выше кривой АВСО на диаграмме находятся в жидком состоянии температуры начала кристаллизации сплавов на этой кривой зависят от содержания углерода в сплавах. Ниже кривой АНСР все сплавы находятся в твердом состоянии. Линии 08, 8Е, рК показывают, что и в твердых сплавах железа с углеродом при охлаждении происходят изменения. [c.149] Рассмотрим процесс затвердевания сплава, содержащего 0,4% углерода. При температуре выше точки В сталь находится в жидком состоянии. При температуре, соответствующей точке В, начинают выпадать кристаллы, представляющие собой твердый раствор РбдС в у-железе— так называемый а у с т е н и т. Этот процесс продолжается при охлаждении до температуры к, при которой вся жидкая фаза затвердевает. [c.149] Такая смесь имеет вполне определенней состав (0,9% углерода и 99,1% железа) и представлявг собой эвтектоидный сплав (в отличие от эвтектики, образующейся не из твердых, а из жидких фаз). При дальнейшем охлаждении сплава никаких превращений не происходит. Остывшая сталь состоит из двух структурных составляющих кристаллов а-железа (феррит) и эвтектоидной смеси а-железа и РвдС (перлит). Ферритоперлитную структуру стали (рис. 68) можно получить только при медленном охлаждении сплава. [c.150] Светлые составляющие—зерна феррита темные—зерна перлита. [c.150] содержащие до 0,9% углерода, при охлаждении ведут себя так же, как сталь, содержащая 0,4% углерода. Разница заключается лишь в том, что с уменьшением содержания углерода увепичивается количество феррита в структуре медленно охлажденной стали. Сталь, содержащая 0,9% углерода, при медленном охлаждении от температуры Ь до температуры 5 (рис. 67) имеет структуру чистого перлита. [c.151] При содержании 1,2% углерода охлаждаемая сталь ведет себя следующим образом. От температуры а до температуры с1 происходит выпадение кристаллов аустенита, а при температуре й вся сталь затвердевает. [c.151] содержащий от 1,7% до 4.3% углерода (чугун), при температуре выше точки г находится в жидком состоянии. Эта температура соответствует началу выделения из жидкой фазы кристаллов твердого раствора—аустенита. Этот процесс продолжается при охлаждении до температуры при которой сплав затвердевает и образуются две структурные составляющие аустенит и эвтектика—смесь мельчайших кристаллов аустенита и цементита. Эвтектика железоуглеродистых сплавов, содержащая 4,3% углерода, затвердевает при 1145° она носит название ледебурита. При дальнейшем охлаждении происходит изменение структуры в твердом виде, связанное с выделением свободного цементита из аустенита. При температуре х (721°) оставшийся аустенит превращается в перлит, и, таким образом, структура остывшего чугуна будет перлито-цементитовая. [c.151] На рис. 70 изображена микрофотография структуры чугуна. [c.152] В зависимости от того, какую структуру металла требуется получить в готовом изделии, применяют один из следующих видов термической обработки. [c.152] Для устранения внутренних напряжений, выравнивания химического состава и структуры применяют отжиг, который заключается в нагревании металла выше критических точек (стр. 121) с последующим медленным его охлаждением. При этом происходят фазовые превращения в металлах или сплавах (перекристаллизация, переход из одной аллотропической формы в другую, распад неустойчивых и образование устойчивых твердых растворов, химических соединений и т. д.), в результате чего наступает состояние физико-химического и структурного равновесия металла. Например, нормально отожженная сталь, содержащая до 0,9% углерода, будет иметь феррито-перлитную структуру с полным распадом аустенита. [c.152] К отжигу относится также термическая обработка, связанная с рекристаллизацией сплава и возвращением металлу свойств, измененных при его механической обработке вследствие деформации металла. При этом также происходит уиичтоженне внутренних напряжений и превращение волокнистой структуры в мелко- или крупнозернистую. В результате рекристаллизации обычно уменьшаются предел прочности при растяжении, пределы упругости и текучести и твердость металла, но одновременно возрастает сопротивление удару. В отлнчие от первого вида отжига, в этом случае на свойства наиболее существенно влияют только температура нагревания и продолжительность выдержки, а скорость нагрева и охлаждения ие имеют большого значения. [c.153] Закалка. Для сохранения некоторых структурных форм, устойчивых при высоких температурах, но обычно изменяющихся при медленном охлаждении, применяется закалка металлов. Она заключается в нагревании металла выше критических точек с последующей выдержкой прн заданной температуре и охлаждением с определенной скоростью в воде, масле или другой среде. Скорость охлаждения должна быть такова, чтобы при определенной температуре металл приобретал требуемые свойства, которые должны сохраняться и в условиях эксплуатации изделия. [c.153] В зависимости от скорости охлаждения при закалке стали обычно получают аустенитную или мартеиснтовую структуры. [c.153] Мартенситовая структура обладает наибольшей твердостью, поэтому, например, стально11 инструмент, как правило, закаливают на мартенсит Обычно при закалке фиксируется состояние твердого раствора, что в большинстве случаев связано с повышением твердости металла. Это состояние является неустойчивым. [c.153] Более устойчивое состояние достигается в процессе так называемого отпуска. Этот процесс связан с превращением твердого раствора в высокодисперсную (коллоидную) смесь продуктов его распада. Применяя относительно медленное охлаждение при закалке (например, охлаждение в расплавленных солях), можно совместить процессы закалки и отпуска. [c.153] Вернуться к основной статье