Целью термообработки углеродистой стали является изменение механических свойств стали, обычно пластичности, твердости, предела текучести или ударопрочности. Обратите внимание, что электропроводность и теплопроводность изменяются незначительно. Как и в большинстве методов упрочнения стали, модуль Юнга (эластичность) не изменяется. Все виды обработки стали меняют пластичность на повышенную прочность и наоборот. Железо имеет более высокую растворимость углерода в аустенитной фазе; поэтому все термические обработки, за исключением сфероидизации и технологического отжига, начинаются с нагрева стали до температуры, при которой может существовать аустенитная фаза. Затем сталь закаливают (вытягивают тепло) с высокой скоростью, вызывая осаждение цементита и, наконец, затвердевание оставшегося чистого железа. Скорость, с которой сталь охлаждается до эвтектоидной температуры, влияет на скорость диффундирования углерода из аустенита и образования цементита. Вообще говоря, быстрое охлаждение оставит карбид железа мелкодисперсным и приведет к образованию мелкозернистого перлита (до тех пор, пока не будет достигнута критическая температура мартенсита), а медленное охлаждение приведет к образованию более крупного перлита. Охлаждение доэвтектоидной стали (менее 0,77 мас.% С) приводит к пластинчато-перлитной структуре слоев карбида железа сα-феррит (чистое железо) между. Если это заэвтектоидная сталь (более 0,77 мас.% С), то структура представляет собой полный перлит с разбросанными повсюду мелкими зернами (крупнее перлитной пластинки) цементита. Относительные количества компонентов находятся по правилу рычага. Ниже приводится список возможных видов термической обработки:
·Сфероидизация: сфероидит образуется при нагревании углеродистой стали примерно до 700°С.°С более 30 часов. Сфероидит может образовываться при более низких температурах, но необходимое время резко увеличивается, поскольку это процесс, контролируемый диффузией. В результате получается структура стержней или сфер цементита внутри первичной структуры (феррита или перлита, в зависимости от того, на какой стороне эвтектоида вы находитесь). Цель состоит в том, чтобы смягчить стали с более высоким содержанием углерода и обеспечить большую формуемость. Это самая мягкая и пластичная форма стали. Изображение справа показывает, где обычно происходит сфероидизация.
Полный отжиг: углеродистая сталь нагревается примерно до 40°С.°C выше Ac3? или Акм? за 1 час; это гарантирует, что весь феррит превратится в аустенит (хотя цементит все еще может существовать, если содержание углерода больше, чем эвтектоид). Затем сталь необходимо медленно охладить, примерно при 20°С.°С (36°Ф) в час. Обычно это просто охлаждение печи, когда печь выключают, а сталь все еще находится внутри. Это приводит к грубой перлитной структуре, а это означает, что «полосы» перлита становятся толстыми. Полностью отожженная сталь мягкая и пластичная, без внутренних напряжений, что часто необходимо для экономичной формовки. Только сфероидизированная сталь мягче и пластичнее.
·Процессный отжиг: процесс, используемый для снятия напряжений в холоднодеформированной углеродистой стали с содержанием C менее 0,3 мас.%. Сталь обычно нагревают до 550°С.–650°C в течение 1 часа, но иногда температура достигает 700°С.°C. Изображение справа [необходимо уточнение] показывает область, где происходит процесс отжига.
Изотермический отжиг: это процесс, при котором доэвтектоидная сталь нагревается выше верхней критической температуры и эта температура поддерживается в течение некоторого времени, а затем температура снижается ниже нижней критической температуры и снова поддерживается. Затем окончательно охлаждают до комнатной температуры. Этот метод устраняет любой температурный градиент.
Нормализация: углеродистую сталь нагревают примерно до 55°С.°C выше Ac3 или Acm в течение 1 часа; это гарантирует полное превращение стали в аустенит. Затем сталь охлаждается на воздухе, что соответствует скорости охлаждения примерно 38°С.°С (100°Ф) в минуту. В результате получается тонкая перлитная структура и более однородная структура. Нормализованная сталь имеет более высокую прочность, чем отожженная сталь; он имеет относительно высокую прочность и твердость.
Закалка: Углеродистую сталь с содержанием углерода не менее 0,4 мас.% нагревают до нормализующей температуры, а затем быстро охлаждают (закаливают) в воде, рассоле или масле до критической температуры. Критическая температура зависит от содержания углерода, но, как правило, снижается с увеличением содержания углерода. В результате образуется мартенситная структура; форма стали, которая обладает перенасыщенным содержанием углерода в деформированной объемно-центрированной кубической (BCC) кристаллической структуре, правильно называемой объемно-центрированной тетрагональной (BCT), с большим внутренним напряжением. Закаленная таким образом сталь чрезвычайно тверда, но хрупка, обычно слишком хрупка для практических целей. Эти внутренние напряжения вызывают появление трещин на поверхности. Закаленная сталь примерно в три-четыре раза (с большим количеством углерода) тверже нормализованной стали.
Темперирование (маркирование): Мартеперирование на самом деле не является процедурой отпуска, отсюда и термин «маркирование». Это форма изотермической термообработки, применяемая после первоначальной закалки, обычно в ванне с расплавленной солью при температуре чуть выше «начальной температуры мартенсита». При этой температуре снимаются остаточные напряжения внутри материала и из остаточного аустенита, не успевшего трансформироваться во что-либо еще, может образоваться некоторое количество бейнита. В промышленности это процесс, используемый для контроля пластичности и твердости материала. При более длительной закалке пластичность увеличивается при минимальной потере прочности; сталь выдерживается в этом растворе до тех пор, пока внутренняя и внешняя температуры не сравняются. Затем сталь охлаждают на умеренной скорости, чтобы сохранить минимальный температурный градиент. Этот процесс не только уменьшает внутренние напряжения и трещины под напряжением, но также повышает ударопрочность.
Закалка и отпуск: это наиболее распространенная термообработка, поскольку конечные свойства можно точно определить по температуре и времени отпуска. Закалка включает повторный нагрев закаленной стали до температуры ниже температуры эвтектоида с последующим охлаждением. Повышенная температура позволяет образовывать очень небольшое количество сфероидита, который восстанавливает пластичность, но снижает твердость. Фактическая температура и время тщательно выбираются для каждого состава.
Аустемпинг: Процесс аустенитного отпуска аналогичен мартенситному отпуску, за исключением того, что сталь выдерживается в ванне расплавленной соли до температуры бейнитного превращения, а затем умеренно охлаждается. Полученная бейнитная сталь имеет большую пластичность, более высокую ударопрочность и меньшую деформацию. Недостатком аустификации является то, что ее можно использовать только для некоторых сталей и требуется специальная соляная ванна.
Время публикации: 01 ноября 2019 г.