Закалка без полиморфного превращения

Нижегородский государственный  технический университет им. Р. Е. Алексеева.

 

Кафедра «Материаловедение  и технологии новых материалов»

 

 

Курсовая работа

по дисциплине: «Теория термической и химико-термической обработки»

Тема: «Закалка без полиморфного превращения»

 

 

 

 

 

 

 

                                                          

 

                                                                                                    

                                                                                        Выполнил :

                                                                                         студент ФМВТ гр.

                                                                                         09-ММ                                                                                                                                                                                                                 

                                                                                         Барышникова   О.И                          

                                                                                         Принял :

                                                                                         проф, д.т.н. Гаврилов Г.Н                                                                                                

                                                                                                 

                                                                                            

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                    Н.Новгород.2012

 

Содержание.

Введение

1. Отжиг с фазовой перекристаллизацией
2. Закалка без полиморфного превращения.
3. Изменение свойств, при закалке без полиморфного превращения
4. Нагрев при закалке без полиморфного превращения.
5. Охлаждение при закалке без полиморфного превращения
6. Нагрев при закалке
7. Охлаждение при закалке
1. Кинетика распада переохлажденного аустенита
2. Критическая скорость охлаждения при закалке
3. Факторы влияющие на устойчивость переохлажденного раствора

  Заключение

  Литература

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение.

 

        Термической  обработкой называется процесс  обработки металлов и сплавов,  а также изделий из них при  помощи теплового или теплового  в сочетании с химическим , деформационным , магнитным воздействием для изменения структуры и свойств в заданном направлении. Термическая обработка заключается в нагреве до определенной температуры, регламентированной выдержке при этой температуре и последующем охлаждении. Её основными параметрами являются температура нагрева длительность выдержки ,скорости нагрева и охлаждения.

      Термическая обработка включает в себя очень важный вид : закалку без полиморфного превращения или истинная закалка ,при которой быстрым охлаждением фиксируют состояние сплава, характерное для высоких температур. Она применима к сплавам , отличающимся значительной температурной зависимостью растворимости компонентов в твердом состоянии. При такой закалке возникает пересыщенный твердый раствор.

      Структура  и свойства сталей и сплавов  определяются химическим составом  и температурно-временными параметрами  нагрева и охлаждения. Нагрев  и охлаждение, несмотря на то, что мы постоянно применяем  их в своей практике, изучены  недостаточно. Наиболее слабое место  в технологии термической обработки  — технология охлаждения. А именно  в ней кроются большие резервы  управления структурой и свойствами  металла в готовых изделиях. В  зависимости от условий работы  деталей мы можем получить например однородную структуру. Кроме химического состава важными данными являются положения критических точек и кинетика распада переохлажденного аустенита, о чувствительности к перегреву , росту зерна и механических свойствах сталей и сплавов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Отжиг с фазовой перекристаллизацией.

 

      Отжиг II рода — термическая обработка, заключающаяся в нагреве стали до температур выше критических точек А_с1  или А_с3 выдержке и, как правило, в последующем медленном охлаждении. Отжиг II рода основан на прохождении фазовых превращений в твердом состоянии - превращении у - и поэтому часто называется фазовой перекристаллизацией. При фазовой перекристаллизации измельчается зерно и устраняется видманштеттова структура, строчечность и другие виды неблагоприятных структур стали.

       В большинстве случаев отжиг II рода является подготовительной термической обработкой - в процессе отжига снижается твердость и прочность, что облегчает обработку резанием средне- и высокоуглеродистых сталей. [1, с. 265]

      Существуют  следующие разновидности отжига  стали: полный , изотермический, неполный, сфероидизирующий и низкий.

      -Полный отжиг применяется для доэвтектоидных сталей и состоит в нагреве стали на 30-50°С выше точки А_с3, выдержке при этой температуре до полной перекристаллизации металла и медленном охлаждении ( рис. 1).

 

Рис. 1  Схема полного  отжига доэвтектойдной легированой стали (а) и термокинетическая  (б) диаграмма, на которой указана скорость охлаждения при отжиге и нормализации (жирные лини). Ломаные линии интервал температур, при котором происходит фазовое превращение (1-отжиг, 2-нормализация).

 

        При таком отжиге образуется мелкое аустенитное зерно, из которого при охлаждении формируется равномерная мелкозернистая ферритно-перлитная структура. (рис.2)

      Чрезмерное повышение температуры нагрева выше точки Ac₃ вызывает рост зерна аустенита, что ухудшает свойства стали. Если исходная структура кристаллографически упорядочена (мартенсит, видманштеттова структура, бейнит), при нагреве несколько выше Ас₃ размер, форма и кристаллографическая ориентировка новых зерен аустенита будет такой же, как и у исходного зерна аустенита. Если исходное зерно было крупным (сталь была перегрета), то и после повторного нагрева несколько выше Ас₃,

 т. е. после полного отжига, оно также будет крупным. Однако при продолжении нагрева в аустенитной области зерно аустенита вместо того чтобы укрупняться, будет измельчаться. Измельчение зерна, особенно в легированной стали, может быть достигнуто нагревом на 100— 300 °С выше Ас₃ вследствие рекристаллизации аустенита, получившего наклеп в процессе фазового у а-превращения. В некоторых случаях требуется выполнение двух и даже трехкратного нагрева для накопления этого фазового наклепа в такой степени, чтобы прошла рекристаллизация. В результате рекристаллизации образуются новые зерна аустенита, не связанные по ориентации с исходной структурой. Если после такого высокого нагрева зерно получается все же увеличенных размеров, то проводят еще нормальный отжиг для получения мелкого зерна. Такое наследование размера, формы и ориентировки аустенитного зерна называют структурной наследственностью.

 

Рис 2. Изменение размера зерна при фазовой перекристаллизации доэвтектойдной стали. При нагреве до высоких температур зерно крупное (1), после охлаждения размер его сохраняется (2). Повторный нагрев несколько выше А₃ (отжиг) позволяет измельчить зерно аустенита (3),а после охлаждения сохранить его (4).

 

        Время нагрева и продолжительность выдержки при заданной температуре зависят от типа нагревательной печи, способа укладки изделий в печь, от высоты садки, типа полуфабриката (лист, сортовой прокат и т. д.).На металлургических заводах скорость нагрева не ограничивают, а обычно принимают —100 °С/ч, а продолжительность выдержки может колебаться от 0,5 до 1,0 ч на 1,0 т нагреваемого металла.

Медленное охлаждение должно обеспечить распад аустенита при  малых степенях переохлаждения (рис. 1, б), чтобы избежать образования излишне дисперсной феррито-карбидной структуры и свойственной ей более высокой твердости.

      Скорость охлаждения при отжиге зависит от устойчивости переохлажденного аустенита, а следовательно, от состава стали. Чем больше устойчивость аустенита в области температур перлитного превращения, тем медленнее должно быть охлаждение. Поэтому легированные стали, обладающие высокой устойчивостью переохлажденного аустенита, охлаждают значительно медленнее (10— 100 °С/ч), чем углеродистые (150— 200 °С/ч). Скорость охлаждения при отжиге можно регулировать, проводя охлаждение печи с закрытой или открытой дверцей, с полностью или частично выключенным обогревом.

         После распада аустенита в перлитной области дальнейшее охлаждение для многих сталей можно ускорить и выполнять даже на воздухе.

Если отжиг предназначается  и для снятия напряжений (например, в отливках сложной конфигурации), медленное охлаждение с печью проводят почти до комнатной температуры.

          Охлаждение деформированных легированных сталей, склонных к образованию флокенов, следует проводить особенно медленно и часто по сложным (ступенчатым) режимам. Полному отжигу подвергают сортовой прокат, поковки и фасонные отливки. [2, с.193-195]

       -Неполный отжиг отличается от полного тем, что сталь нагревают до более низкой температуры (выше А_с1, но ниже А_с3). Этот вид отжига для доэвтектоидных сталей применяют ограниченно и в основном для улучшения их обрабатываемости резанием, так как в результате частичной перекристаллизации стали (избыточный феррит лишь частично превращается в аустенит) образуется мягкий перлит. Неполный смягчающий отжиг позволяет сэкономить время и снизить стоимость обработки.

       Неполный отжиг широко применяется для заэвтектоидных углеродистых и легированных сталей. При неполном отжиге проводится нагрев до температур немного выше (на 10-30 °С) точки А₁ что приводит к практически полной перекристаллизации стали и получению зернистой (сфероидальной) формы перлита вместо обычной пластинчатой. Поэтому такой отжиг называется сфероидизирующим.

        Для сфероидизирующего отжига характерен узкий температурный "интервал отжигаемости" (750-780 °С); у сталей, близких к эвтектоидному составу, интервал отжигаемости особенно узок (740-750 °С). Легированные заэвтектоидные стали для получения зернистых карбидов можно нагревать до более высоких температур и в более широком интервале (770-820 °С). Конечная структура стали зависит от скорости охлаждения и температуры сфероидизирующего отжига. Чем меньше скорость охлаждения, тем до больших размеров возрастают глобулы карбида при распаде аустенита. Регулируя скорость охлаждения, можно получать структуры глобулярного перлита от точечного до крупнозернистого. Более мелкозернистый перлит обладает повышенной твердостью.

 

 

 

Рис. 3 Микроструктура заэвтектойдной стали, х500, а-пластинчатый перлит и цементитная сетка, б-зернистый цементит.[2, c.197]

 

      Сфероидизирующему отжигу подвергают углеродистые и легированные инструментальные и шарикоподшипниковые стали.

      Отжигу  на зернистый перлит подвергают  также тонкие листы и прутки  из низко- и среднеуглеродистой  стали перед холодной штамповкой  или волочением для повышения  пластичности. После отжига на  зернистый перлит эвтектоидные и заэвтектоидные стали обладают наилучшей обрабатываемостью резанием.

       - Изотермический отжиг применяют для улучшения обрабатываемости легированных сталей. Он состоит в нагреве на 30-50 °С выше А_с3 (как и при полном отжиге) и сравнительно быстром охлаждении до температуры ниже А_с1 (обычно 660-680 °С), изотермической выдержке при этой температуре для получения равновесной перлитной структуры и последующем охлаждении на воздухе (рис. 4).Такой изотермический отжиг позволяет значительно сократить длительность процесса перекристаллизации, особенно для легированных сталей, которые для требуемого снижения твердости приходится охлаждать очень медленно при полном отжиге. Кроме того, при изотермическом отжиге обеспечивается получение более однородной ферритно-перлитной структуры стали.

         Изотермический отжиг - более  стабильный процесс, при его  проведении легче поддерживать  температуру на заданном уровне, чем регулировать скорость охлаждения  при проведении полного отжига.

       Изотермическому отжигу чаще всего подвергают поковки (штамповки) и сортовой прокат небольших размеров из легированной цементуемой стали. Пружинную (канатную) проволоку из стали, содержащей 0,65-0,9 % С, перед холодным волочением подвергают изотермической обработке, которая называется патентированием. При патентировании проволоку подвергают высокотемпературной аустенизации (нагрев до температуры на 150-200 выше А_с3) для получения однородного аустенита, а затем пропускают через

 

 

     время выдержки

Рис.4 . Схема изотермического отжига [2, c. 196]

 

расплавленную соль с температурой 450-550 С. В результате изотермического распада аустенита образуется тонкопластинчатый троостит или сорбит. Такая структура позволяет при холодной протяжке получать большие обжатия (более 75 %) без обрывов. После заключительного холодного волочения получается проволока с высокой прочностью ( от 2000 до 2250 МПа).

        Если  при проведении отжига охлаждение  после нагрева и выдержки проводится на воздухе, то такой процесс называется нормализационным отжигом или нормализацией (normalization).