Исправление микроструктуры перегретой доэвтектоидной стали
ИСПРАВЛЕНИЕ
МИКРОСТРУКТУРЫ ПЕРЕГРЕТОЙ ДОЭВТЕКТОИДНОЙ СТАЛИ
Введение
Перегретой называется сталь с крупным зерном
аустенита в нагретом состоянии и грубой ферритно-перлитной структурой в
охлажденном. Перегрев можно исправить термической обработкой. В основе
исправления структуры лежат фазовые превращения, протекающие в стали при
нагреве и охлаждении.
1. Фазовые превращения в стали
Превращение перлита (ферритно-цементитной смеси)
в аустенит. Оно протекает при нагреве любой стали выше точки Ас1 хотя бы на
один градус. Кроме того, при дальнейшем нагреве в доэвтектоидных сталях в
интервале температур Ас1 - Ас3 в аустените растворяется избыточный феррит. Выше
точки Ас3 стали находятся в однофазном аустенитном состоянии. Причем чем выше
температура, тем крупнее получается аустенитное зерно. Для получения мелкого
аустенитного зерна сталь необходимо нагревать всего на 30 - 50 оС выше точки
Ас3 (рисунок 1).
Превращение аустенита в перлит. Этот процесс
происходит в верхнем температурном интервале (Ас1 - 550 оС) диаграммы
изотермического превращения переохлажденного аустенита. Например, при скоростях
охлаждения V1 и V2
аустенит распадается с образованием перлитных структур в интервале температур
ас и а'с' соответственно (см. рисунок 1).
Следует иметь в виду, что чем выше скорость
охлаждения, тем ниже температурный интервал распада аустенита, дисперснее и
тверже получается смесь феррита и цементита. Продукты распада аустенита
(перлит, сорбит, тростит) имеют пластинчатое строение и отличаются друг от
друга степенью дисперсности пластин феррита и цементита.
а - схема изменения структуры стали; б - схема
диаграммы «железо - цементит»; в - диаграмма изотермического распада
переохлажденного аустенита; кривая 1 - охлаждение с печью (отжиг); кривая 2 -
охлаждение на воздухе (нормализация).
Рисунок 1 - Формирование структуры стали
2 Основные виды предварительной термической
обработки стали
.1 Отжиг
Отжигом называют нагрев стали до заданной
температуры, выдержку и медленное (вместе с печью) охлаждение. В зависимости от
марки стали скорость охлаждения колеблется в пределах от 150 до 30 градусов в
час. После отжига получается наиболее равновесная структура.
Отжиг применяют:
- для снятия внутренних напряжений;
- получения минимальной твердости;
исправления структуры кованой, литой или
перегретой стали;
устранения дендритной ликвации.
В зависимости от температуры нагрева различают
следующие виды отжига:
сталь термический перекристаллизация
кованый
Тн = Ас1 - (100 … 50) оС.
Нагрев не сопровождается фазовыми превращениями,
поэтому структура таким отжигом не изменяется (исключение -
рекристаллизационный отжиг после холодной пластической деформации). Отжиг
низкий применяют для снятия внутренних напряжений.
) Неполный отжиг. Температура нагрева лежит на
30 - 50 градусов выше нижней критической точки стали:
Тн = Ас1 + (30 … 50) оС.
Нагрев сопровождается частичной фазовой
перекристаллизацией и приводит к исправлению перлитной (П) составляющей.
Избыточная структурная составляющая феррит не претерпевает изменений. Для
доэвтектоидных сталей неполный отжиг применяется редко.
) Полный отжиг. Температура нагрева лежит на 30
- 50 градусов выше верхней критической точки Ас3:
Тн = Ас3 + (30 …50) оС.
Нагрев приводит к полной фазовой
перекристаллизации и, как следствие, исправлению перегретой структуры. При
нагреве выше точки Ас3 на 30 … 50 оС образуется мелкое аустенитное зерно (см.
рисунок 1, а), из которого при охлаждении с малой скоростью (кривая 1 - рисунок
1, в) формируется мелкая ферритно-перлитная структура. Если нагреть сталь до
более высоких температур, аустенитное зерно вырастет, из такого зерна после
охлаждения образуется крупнозернистая ферритно-перлитная структура (рисунок 2).
а - нормальный нагрев; б - перегрев.
Рисунок 2 - Структурные изменения доэвтектоидной
стали при полной фазовой перекристаллизации
Полный отжиг снимает внутренние напряжения, смягчает
сталь и полностью исправляет структуру. Применяют полный отжиг только для
доэвтектоидных сталей, так как в заэвтектоидных сталях при медленном охлаждении
образуется цементитная сетка вокруг перлитных зерен, что охрупчивает сталь.
.2 Нормализация
Нормализацией называется процесс термической
обработки, заключающийся в нагреве стали выше верхней критической точки Ас3,
выдержке до полного образования аустенита (мелкозернистого) и охлаждении на
спокойном воздухе. От полного отжига нормализация отличается ускоренным
охлаждением (кривая 2 на рисунке 1). В этом случае распад аустенита происходит
при более низких температурах (участок а'с'), нежели при отжиге (участок ас).
Зерно у нормализованной стали мельче, а твердость выше, чем у отожженной.
Литература
1. Тушинский,
Л.И. Методы исследования материалов/ Л.И. Тушинский, А.В. Плохов, А.О. Токарев,
В.Н. Синдеев. - М.: Мир, 2004. - 380 с.
2. Лахтин,
Ю.М. Материаловедение/ Ю.М. Лахтин. - М.: Металлургия, 1993. - 448 с.
. Фетисов,
Г.П. Материаловедение и технология металлов/ Г.П. Фетисов, М.Г. Карпман и др. -
М.: Высшая школа, 2001. - 622 с.
. Маркова,
Н.Н. Железоуглеродистые сплавы/ Н.Н. Маркова. - Орел: ОрелГТУ, 200 - 96 с.
. Ильина,
Л.В. Материалы, применяемые в машиностроении: справочное пособие/ Л.В. Ильина,
Л.Н. Курдюмова. - Орел: ОрелГТУ, 2007.