Вреня

Рис. 1. Схема термомеханичеекой обработки; а - высокотемпературной; б - низкотемпературной

Вреяя

Тетература Httm/mjejvmamimiuu Наклеп

Наклеп

Время

Выдержка прикопнатноО температуре

Время

496 *-т

II III til

s I I

a a.

Pec. 2. Схемы мехаиико-термическон обработки

с - 4,3 - массовая доля углерода в жидкой фазе, находящейся в равновесии с аустеннтом и цементитом при эвтектической температуре;

Н - 0,1-предельная массовая доля углерода в б-фазе при перитектической температуре;

/ - 0,16 - массовая доля углерода в аустените, находящемся в равновесии с б-фазой и жидкой фазой при перитектической температуре;

Е - 2,14 - предельная массовая доля углерода в аустените, находящемся в равновесии с цементитом при эвтектической температуре;

S - 0,8 - массовая доля углерода в аустените, находящемся в равновесии с ферритом и цементитом при эвтектоидной температуре;

Р - 0,02 - предельная массовая доля углерода, растворенного в феррите, находящемся в равновесии с аустенитом и цементитом при эвтектоидной температуре (727 °С).

Температуры превращений:

1499 °С - перитектическое (линия HJB);

1147 °С - эвтектическое (линия ECF);

727 °С - эвтектоидное (линия PSK).

Линия точек Кюри (магнитных превращений) для феррита соответствует 768 °С (линия МО), а для цементита - 217 °С.

Обозначение критических точек (температур) принимается в соответствии с диаграммами равновесия структур железо-углерод (рис. 3) и превращением аустенита при непрерывном охлаждении:

А - обозначение критической точки;

Ас - температура превращения при нагреве;

Аг - температура превращения при охлаждении;

Ai - температура равновесия аустенита с ферритом и цементитом (линия РКУ,

Лз - температура, при которой феррит изменяет свои магнитные свойства (линия МО);

Аз - температура верхней границы равновесной области феррит- аустенит (линия GS);

Асщ - температура верхней границы равновесной области вторичный цементит - аустенит (линия SE);

Aci - температура начала образования аустенита при нагреве стали;

Асз - температура окончания образования аустенита при нагреве доэвтектоидиой стали;

Асщ - температура окончания растворения вторичного цементита в аустените при нагреве заэвтектоидной стали;

Afi - температура окончания превращения аустенита в перлит при охлаждении стали;

Агз - температура начала превращения аустенита в феррит при охлаждении доэвтектоидиой стали;

Агт - температура начала выделения вторичного цементита из, аустенита при охлаждении Заэвтектоидной стали;

Л1н - температура начала мартенситного превращения;

Мк - температура окончания мартенситного превращения.

В табл. 3 объяснены линии превращения на диаграмме железо-углерод.

[Тревращение аустевита при охлаждении. Термическая обработка сплавов и, в частности, стали в большинстве случаев состоит в нагреве до температуры образования твердого раствора, выдержке при этих температурах и охлаждении с разными скоростями в зависимости от!требуемой конечной структуры и физико-механических свойств.

3. Линии превращеиия на диаграмме келезо - углерод, определяющие конечную структуру стали и чугуна

Диаграмма состояния сплавов железа с углеродом (рис. 3) дает представление о структурных превращениях, протекающих в железоуглеродистых силавах при очень медленном (равновесном) jjarpeee или охлаждении. При увеличении скорости охлаждения превращение аустенита под воздействием переохлаждения смещается в область низких температур, что используется при термической обработке сХали, так как это позволяет существенно изменять структуру стали и придавать ей различные физико-механические свойства.

При увеличении скорости охлаждения критическая точка Arg снижается больше, чем Ari; разрыв между этими точками уменьшается, и при некоторой скорости охлаждения они сливаются в одну точку Аг (рис. 4).

С; повышением скорости охлаждения частицы Цементита, выделяющиеся из аустенита, становятся мельче и их можно различить под MHKpocjconoM только при больших увеличениях. Образуется сорбит, котррйй отличается от перлита лишь размерами цементитных включений (см. табл. 4).

При флших скоростях охлаждения частицы цементита делаются настолькбмелкими, что их не удается различить через обычный микроскоп. Образуется троостит, строение которого не отличается от строения перлита И сорбита. Выделение цементита из аустенита при образовании перлита, сорбита и троостита сопровождается перестройкой кристаллической решетки у-железа в кристаллическую решетку а-железа.

Партенситнвя теш

Уц Скорость ошж9тя

Рве. 4. Зависимость температурн у * а. превращения от скорости оклаждеиня! екороать еклаждении, при которой в структуре появляются участки иартеивита; ор критическая ско-роеть охлаждения, при которой в структуре образуется только мартенсит

0,8

МассоваяШ угяероЯа./о

Рис. 5. Влияние содержания углерода в переохлажденном аустеиите иа температуру обраоования мартенсита:

VMjj - температура начала образования мартенсита; } - темпера, тура окончания образования мартенсита

При критической скорости закалки распад аустенита прекращается, и переохлажденный аустеннт образует при температуре ~250- 300°С игольчатую структуру: называемую мартенситом. Прямая линия ис. 4), характеризу1рщая это превращение, соответствует температуре начала мартенситного превращения (точка Мн). Точка Мн практически не зависит от скорости охлаждения, а зависит от химического состава стали, особенно от содержания в стали углерода. С повышением содержания углерода, растворенного в аустените, точка уИд смещается в сторону более низких температур (рис. 5).

При температуре, соответствующей ЛГн, значительная доля аустенита почти мгновенно превращается в мартенсит. Однако некоторое количество его остается и претерпевает превращение только при даль-нейшем охлаждении - дополнительной обработке при низких температурах (обработка холодом). Температура окончания превращения аустенита в мартенсит зависит от состава стали и называется точкой 1Лц.

Ниже 450- 500 °С н выше 200-250 °С имеет место промежуточное бейнитное превращение аустенита, отличающееся от перлитного рас-пада и мартенситного превращения, хотя н содержащее некоторые сходные элементы этих превращений. Бейнит (продукт диффузионного распада аустенита) представляет собой феррито-карбидную смесь, но в отличие от феррита перлита феррит бейнита содержит больше углерода, Бейнит, образовавшийся при высокой температуре, значительно

отличается от бейнита, образовавшегося при низкой температуре превращения; отсюда и пошло различие в названиях - верхний и нижний бейниты.

Верхний бейнит, образовавшийся при температуре около 400°С, имеет вид резаной соломы или пера , нижний бейнит имеет игольчатое строение, похожее на мартенсит. Верхний и нижний бейииты отличаются также и по механическим свойствам. Таким образом, в зависимости от скорости охлаждения твердого раствора (аустеннта) в стали могут протекать следующие основные превращения:

В практике термической обработки при регулировании переохлаждения аустенита для получения требуемой структуры пользуются С-образиымн кривыми, получаемыми для каждой марки стали опытным путем. Эти кривые дают наглядную картину зависимости образующей структуры стали от температуры переохлаждения аустенита. При по-етроении Счзбразных кривых по оси ординат откладывается температура переохлаждения аустенита, а по оси абсцисс -время в логарифмическом масштабе. Первая С-образная кривая, расположенная ближе к осн ординат, соответствует началу превращения аустенита, вторая -соответствует окончанию этого превращения. Пользуясь Сч)бразными кривыми (диаграммами изотермического распада аустенита), можно представить, 11 как будет происходить превращение в условиях непрерывного охлажде-

ния с разной скоростью. Однако одних только представлений бывает недостаточно, необходимо знать дополнительные качественные данные - аависимость от скорости охлаждения, образующуюся твердость. В настоящее время широко применяются термокинетические диаграммы превращения аустенита, представляющие собой графическое обобщение С-образных кривых и кривых скоростей охлаждения в одном графике.

На рис. 6 и 7 приведены две диаграммы изотермического превращении аустеннта для одной и той же марки хромоиикелевомолибденовой стали марки 30Х2Н2М. Одна из них термокинетическая диаграмма (рис. 7). Более подробные сведения о С-образных кривых и термокиие-тических диаграммах приведены в работе [45].

Превращения при отпуске. При отпуске закаленной стали структура, полученная закалкой, неустойчива и стремится к превращению в более равновесное состояние. Нагрев облегчает этот переход, так - как с повышением Температуры увеличивается подвижность атомов. При отпуске происходят следующие превращения.

1. Распад мартенсита. Первоначально в области низких температур (100-150 °С) образуется мартенсит отпуска; повышение температуры отпуска (150-300 °С) сопровождается распадом мартенсита отпуска в феррнто-карбидную смесь.

2. Распад остаточного (иераспавшегося) аустенита (интервал температур 200-300 С) в феррито-карбидную смесь.