Термическая обработка металлов и сплавов

Отжиг II рода.

Отжиг второго рода - это термообработка , которая заключается в нагреве стали до температур выше точек Ас3 или Ас1 ,выдержке и последующем охлаждении. В результате мы получаем почти равновесное структурное состояние стали; в доэвтектоидных сталях - феррит + перлит , в эвтектоидных - перлит и в заэвтектоидных - перлит + вторичный цементит .

После отжига получаем : мелкое зерно, частично или полностью устраненные строчечность , видманштеттову структуру и другие неблагоприятные структуры .

Сталь получается снизкой прочностью и твердостью при достаточном уровне пластичности.

В промышленности отжиг II рода часто используется в качестве подготовительной и окончательной обработки.

Разновидности отжига II рода различаются способами охлаждения и степенью переохлаждения аустенита , а так же положением температур нагрева относительно критических точек .

Полный отжиг.

Основные цели полного отжига - устранение пороков структуры , возникших при предыдущей обработке ( лить , горячей деформации или сварке ) , смягчение стали перед обработкой резанием и уменьшение напряжений , для придания стали определенных характеристик. Вцелом отжиг II рода проводят для приближения системя к равновесию.

Полный отжиг заключается в нагреве доэвтектоидной стали до температур на 30-50 С выше температуры Ас3 (чрезмерное повышение температуры выше этой точки приведет к росту зерна аустенита , что вызовет ухудшение свойств стали), выдержке для полного прогрева и завершения фазовых превращений в объеме металла и последующем медленном охлаждении . Для заэвтектоидных сталей такой отжиг с нагревом выше Аcm не пойдет потому что при медленном охлаждении после такого нагрева образуется грубая сетка вторичного цементита , ухудшающая механические свойства . Для доэвтектоидных сталей время нагрева и продолжительность обработки зависят типа печи ,способа укладки , типа отжигаемого материала (лист,прокат , ...).Наиболее распространенная скорость нагрева составляет ~ 100 C / ч ,а продолжительность выдержки - от 0.5 до 1 часа на тонну изделия. Медленное охлаждение обусловленно необходимостью избежать образования слишком дисперсной ферритно-цементитной структуры и следовательно более высокой твердости. Скоростьохлаждения зависит от устойчивости переохлажденного аустенита ,а следовательно , от состава стали . Ее регулируют проводя охлаждение печи с закрытой или открытой дверцей , с полностью или частично выключенным обогревом.

При полном отжиге происходит полная фазовая перекристаллизация стали.При нагреве выше точки Ас3 образуется аустенит , характеризующийся мелким зерном ,который при охлаждении дает мелкозернистую структуру , обеспечивающую высокую вязкость , пластичность и получение высоких свойств после окончательной обработки.

Структура доэвтектоидной стали после полного отжига состоит из избыточного феррита и перлита.

Существует отжиг противоположный по целям обычному отжигу .Это отжиг на крупное зерно с нагревом до 950-1100 С , который применяют для улучшения обработки резанием мягких низкоуглеродистых сталей .

Нелолный отжиг .

Неполный отжиг доэвтектоидной стали проводят при нагреве до температур выше Ас1 , но ниже Ас3 . При таких температурах происходит частичная перекристаллизация стали , а именно лишь переход перлита в аустенит . избыточный феррит частично превращается в аустенит и значительная часть его не подвергается перерекристаллизации . Поэтому неполный отжиг не устраняет пороки стали связанные с нежелательными размерами и формой избыточного феррита . Для доэвтектоидной стали неполный отжиг применяется лишь тогда , когда отсутствует перегрев , ферритная полосчатость, и требуется только снижение твердости и смягчения перед обработкой резанием .

Сфероидизирующий отжиг .

Сфероидизирующий отжиг с нагревом несколько выше температуры Ас1 и несколько ниже точки Аr1 (740 -780 C ) и последующем медленном охлаждением применяют к заэвтектоидным сталям , что позволяет получить зернистую форму перлита вместо пластинчатой .

Для режима сфероидизирующего отжига заэвтектоидных сталей характерен узкий температурный интервал отжигаемости . Верхняя граница не должна быть выше слишком высокой , т.к. иначе при растворении центров карбидного выделения при охлаждении образуется пластинчатый перлит . а для сталей близких к эвтектоидному составу этот интервал особенно узок т.к. точки Асm и А1 сходятся при эвтектоидной концентрации .

Выдержка при постоянной температуре необходима для окончательного распада переохлажденного аустенита и коагуляции карбидов и составляет 4-6 часов в зависимости от массы отжигаемого металла .

Скорость охлаждения очень сильно влияет на конечную структуру . чем меньше скорость , тем до больших размеров вырастают глобули карбида при распаде аустенита. Регулируя скорость охлаждения , можно получать структуры глобулярного перлита от точечного до крупнозернистого . Более мелкозернистый перлит обладает повышенной твердостью .

На твердость будет оказывать влияние и повышение температуры отжига до 800-820 С .Твердость будет снижаться из-за развития сфероидизации , а при дальнейшем повышении температуры отжига твердость растет из-за появления все в большем количестве пластинчатого перлита .

Вчем состоит механизм сфероидизации -

В результате деления цементитных пластин получаются мелкие частички цементита . Если избыточный цементит находится в виде сетки, что является дефектом , то перед отжигом предварительно проводят нормализацию для растворения сетки цементита в с последующем охлаждении на воздухе . При делении цементитные пластины растворяются в наиболее тонких участках , а также в местах выхода на межфазную поверхность Ц/А субграниц в цементите или аустените .Деление можно ускорить применив холодную пластическую или теплую деформацию при температурах ниже А1 . После деления пластин мелкие их частицы сфероидизируются , путем переноса углерода через окружающий твердый раствор .

Сфероидизирующему отжигу подвергают углеродистые , легированные инструментальные и шарикоподшипниковые стали . Кроме того , структкра зернистого перлита является наилучшей перед закалкой - меньше склонность к росту аустенитного зерна , шире допустимый интервал закалочных температур ,

Если при при однократном отжиге не происходит полной сфероидизации цементита , то можно применить циклический отжиг . Например , углеродистую сталь несколько раз попеременно нагревают до 740 С и охлаждают до 680 С .

Пластина цементита при каждом нагреве частично растворяется в аустените . При каждом охлаждении из аустенита выделяется цементит на нерастворившихся остатках цементитных пластин . Попеременно растворяясь и подрастая , цементитная пластина постепенно округляется . Сложности возникают с контролированием колебаний температуры в больших массах материала в заданном интервале .

Изотермический отжиг .

Изотермический отжиг - термообработка , при которой после нагрева до температуры выше А3 на 50 - 70 С сталь ускоренно охлаждают до температуры изотермической выдержки , которая находится ниже точки А1 на 100-150 С . Затем проводим ускоренное охлаждение на воздухе .

Чем ближе температура изотермической выдержки к точке А1 , тем больше межпластинчатое расстояние в перлите и мягче сталь , но больше и время превращения . А т.к. основная цель изотермического отжига - смягчение стали , то выбирают такую температуру , при которой получается требуемое смягчение за небольшой промежуток времени .

Преимуществ изотермического отжига - сокращение времени обработки по сравнению с обычным отжигом , что особенно чувствуется при работе с легированными сталями . Для наибольшего ускорения отжига температуру изотермической выдержки выбирают близкой к температуре минимальной устойчивости переохлажденного аустенита в перлитной области .

Другое преимущество - получение более однородной структуры , т.к. при изотермической выдержке температура по сечению изделия выравнивается и превращение во всем объеме стали происходит при одинаковой степени переохлаждения . После отжига при температуре до 930-950 С укркпняеися зерно аустенита , улучшается обрабатываемость резанием и повышается чистота поверхности

Изотермическому отжигу подвергаются штамповки , заготовки инструментов и других изделий небольших размеров .

Нормализация .

Нормализация заключается в нагреве до температур на 30-50 К выше линии GSE ,непродолжительной выдержке для прогрева и завершения фазовых превращений и охлаждении на воздухе. Скорость охлаждения зависит от массы изделия и отношения его поверхности к объему.

Нормализацию чаще всего применяют как промежуточную операцию для устранения пороков строения и общего улучшения структуры перед закалкой , а также для смягчения стали перед обработкой резанием.Тоесть цели ее близки к целям отжига.

Нормализация вызывает полную фазовую перекристаллизацию стали и устраняет крупнозернистую структуру , полученную при литье или прокатке, ковке или штамповке.Кроме того , частично подавляется выделение избыточной фазы ( феррита или вторичного цементита) и , следовательно, образуется квазиэвтектоид. Таким образом , прочность стали после нормализации должна быть больше , чем прочность после отжига,т.к. по сравнению с печью ускоренное охлаждение на воздухе приводит к распаду аустенита при более низких температурах , что повышает дисперсность ферритно-цементитной структуры и увеличивает количество перлита или точнее квазиэвтектоида типа сорбита или троостита.

Но не всегда нормализация предподчтительнее отжига . Все зависит от состава стали т.к. склонность аустенита к переохлаждению растет с увеличением содержания в нем углерода и легирующих элементов.

Нормализацию широко применяют вместо смягчающего отжига к низкоуглеродистым сталям , в которых аустенит слабо переохлаждается.Но она не может заменить смягчающий отжиг высокоуглеродистых сталей , которые сильно упрчняются при охлаждении на воздухе из-за значительного переохлаждения аустенита.

В заэвтектоидной стали нормализация устраняет грубую сетку вторичного цементита.При нагреве выше точки А вторичный цементит растворяется , а при последующем охлаждении на воздухе он не успевает образовать грубую сетку , понижающую свойства стали.

Очень часто нормализация служит для общего измельчения структуры перед закалкой. Выделения избыточного феррита и эвтектоид становятся более дисперсными и тем самым облегчается образование гомогенного аустенита при нагреве под закалку .

Как окончательную термообработку нормализацию применяют к низкоуглеродистым низколегированным , средне- и высокоуглеродистым доэвтектоидным сталям .

Одинарная темообработка .

Одинарная термообработка заключается в нагреве стали выше А3 , среднезамедленном охлаждении струей сжатого воздуха и душировании водой . Небольшая выдержка обусловленна необходимостью попасть в область сорбита .

После такой обработки получается пластинчатые структуры - сорбит или троостит .

Патентирование.

Патентирование - термообработка , применяемая для получения высокопрочной канатной, пружинной и рояльной проволок. Проволоку из углеродистых сталей , содержащих 045-085 % С ,нагревают в проходной печи до температур на 150-200 градусов выше Ас3 , пропускают через свинцовую или соляную ванну при Т=450-550 С и наматывают на приводной барабан.

Высокая температура нагрева необходима для гомогенизации аустенита. Скорость движения проволоки должна быть такой , чтобы время пребывания в ванне было несколько больше времени окончания перлитного превращения. Иначе , при выходе проволоки из ванны аустенит , не успевший претерпеть перлитный распад , превращается в нижний бейнит или мартенсит и пластические свойства проволоки резко снижаются.

При выходе из ванны проволока имеет ферритно-цементитную структуру с очень малым межпластинчатым расстоянием и отсутствием зерен избыточного феррита. Благодаря этому проволока способна выдерживать большие обжатия при холодной протяжке без обрывов.

Получаемая структура называется квазиэвтектоидной .

Список литературы.

1. Новиков И.И. Теория термичесеой обработки металлов .М.: Металлургия,1986.

2. Лахтин Ю.М. Металловедение  и термическая обработка металлов.

М.: Металлургия , 1993

3. Лившиц Металлография. М.: Металлургия ,1994.

Реферат: Термическая обработка металлов и сплавов

Курсовая работа

натему: «Термическая обработка металлов и сплавов» 

 

 

Введение

Термическуюобработку применяют на различных стадиях производства деталей машин иметаллоизделий. В одних случаях она может быть промежуточной операцией, служащейдля улучшения обрабатываемости сплавов давлением, резанием, в других – являетсяокончательной операцией, обеспечивающей необходимый комплекс показателеймеханических, физических и эксплуатационных свойств изделий или полуфабрикатов.Полуфабрикаты подвергают термической обработке для улучшения структуры,снижения твердости (улучшения обрабатываемости), а детали – для придания имопределенных, требуемых свойств (твердости, износостойкости, прочности идругих).

Врезультате термической обработки свойства сплавов могут быть изменены в широкихпределах. Возможность значительного повышения механических свойств послетермической обработки по сравнению с исходным состоянием позволяет увеличитьдопускаемые напряжения, уменьшить размеры и массу машин и механизмов, повыситьнадежность и срок службы изделий. Улучшение свойств в результате термическойобработки позволяет применять сплавы более простых составов, а поэтому болеедешевые. Сплавы приобретают также некоторые новые свойства, в связи с чемрасширяется область их применения.

 

Назначениеи виды термической обработки

Термической(тепловой) обработкой называются процессы, сущность которых заключается внагреве и охлаждении изделий по определенным режимам, в результате чегопроисходят изменения структуры, фазового состава, механических и физическихсвойств материала, без изменения химического состава.