Таким чином, при швидкому охолодженні аустеніту утворюється мартенсит -- пересичений твердий розчин вуглецю в б-залізі.

Термічна обробка металів

Властивості металів можна змінити шляхом зміни їх хімічного складу та будови. Навіть незначна зміна, наприклад, вуглець в сталі приводить до відчутних змін її властивостей. Від будови також дуже залежать властивості металу. Зміну хімічного складу металу практично можна здійснити тільки коли метал розплавлений. У твердому стані це зробити важко. Будову ж металу можна змінити в твердому стані, тобто в звичайних умовах.

Це можна зробити двома шляхами -- термічною обробкою та пластичною деформацією. Термічна обробка -- це технологічні процеси, які включають нагрівання, витримку та охолодження металічних виробів у певній послідовності з метою зміни властивостей. Будь-який процес термічної обробки може бути виражений графіком в координатах температура - час.

Рис. 1.

Головними параметрами процесу термічної обробки є температура нагріву металу, час витримки та швидкість охолодження.

В основі теорії термічної обробки при нагрівані та охолодженні металів і сплавів лежать фазові перетворення. Фазові перетворення в сталях при повільному нагріванні та охолодженні були розглянуті вище.

Класифікація видів термічної обробки була запропонована академіком А.А.Бочваром. Відповідно до цієї класифікації всі види термічної обробки розділяють на:

1) власнотермічну обробку;

2) хіміко-термічну обробку;

Термомеханічну обробку.

У кожному виді термічної обробки виділяють різновидності:

При власнотермічній обробці властивості металів та сплавів змінюються тільки тепловою обробкою.

При хіміко-термічній обробці крім обробки теплом зміну властивостей металів і сплавів здійснюють зміною хімічного складу їх поверхні. В поверхню металу на певну глибину впроваджують атоми хімічних елементів (вуглецю, азоту, інших елементів).

При термомеханічній обробці теж крім обробки теплом додатково проводять обробку поверхні металу чи сплаву, але в даному випадку поверхню наклепують.

При нормальних умовах у сталі розчиняється незначна кількість вуглецю. Так, у фериті його розчиняється біля 0,005 %, а у перліті -- 0,8%. З підвищенням температури розчинність вуглецю в сталі зростає і при цьому в утвореному аустеніті вона може досягнути 2,14 %. Це пояснюється тим, що в аустеніті значно зростає відстань між атомами в решітці ГЦК і досягає такої, коли невеликі атоми вуглецю вільно заходять в комірку заліза.

При повільному охолодженні, коли перебудовується комірка ГЦК в ОЦК, вони дифузійно покидають зайняте місце і розчинність вуглецю знову зменшується. Якщо ж сталь охолоджувати швидко, то дифузійний процес не встигає відбутись, зайняте місце атом покинути не встигає. Тоді в комірці ОЦК виявиться надлишок атомів вуглецю, що приведе до її деформації. Замість кубічної, комірка стане витягнуто-тетрагональною. Таку комірку прийнято називати мартенситною. Схематичне зображення цього процесу показане на рис. 2.

Рис.2.

Таким чином, при швидкому охолодженні аустеніту утворюється мартенсит -- пересичений твердий розчин вуглецю в б-залізі.

Перетворення аустеніту у мартенсит відбувається в певному інтервалі температур. Починається перетворення при температурі M n , а закінчується при більш низькій температурі M k. Мартенситні точки залежать від складу сталі, а особливо від вмісту вуглецю (рис. 3).

Рис. 3.

При незначній кількості вуглецю мартенситні перетворення майже відсутні, бо незначне збільшення його розчинності не змінює комірку до тетрагонального вигляду. При збільшенні вмісту вуглецю температурний інтервал (відстань між точками Mn і Mk ) зростає, а точка М наближається до осі концентрацій. При вмісті вуглецю близько 0,6 % лінія точок Мk перетинає вісь концентрацій, тобто кінець мартенситних перетворень відповідає 0oC . Подальше збільшення вмісту вуглецю приводить до того, що завершення мартенситних перетворень відбувається при від'ємних температурах.

Проте перетворення аустеніту у мартенсит не йде до кінця. В сталях завжди спостерігається залишковий аустеніт. Його кількість збільшується при зниженні точок Mn. Залишковий аустеніт є шкідливою домішкою у сталях, особливо в інструментальних.

Для розуміння явищ, які відбуваються в металі при термічній обробці, та визначення режиму її здійснення, проводять експериментальне дослідження розпаду аустеніту при певних постійних температурах. Для спостереження за розпадом аустеніту можна скористатися тим, що він не проявляє феромагнитних властивостей, тобто є парамагнетиком.

Такий експеримент можна провести з будь-якою сталлю, але для спрощення розглянемо ізотермічний розпад аустеніту евтектоїдної сталі (0,8 %). Зразок нагрівають вище температури лінії точок A1 . При цьому весь перліт перетвориться в аустеніт. Потім зразок переносять у термостати, які мають температури 700, 600, 500, 400, 300 oC . У кожному термостаті спостерігають за розпадом аустеніту і будують залежність між кількістю розпавшогося аустеніту і часом. Час на горизонтальній осі заносять у логарифмічній залежності. Це дає можливість прослідкувати за перетвореннями, які відбуваються від долей секунд до доби і більше.

При розміщенні зразка в термостат з температурою t1 = 700 oC певний час ніяких фазових перетворень не спостерігається. Цей час на графіку (рис. 16) позначений точкою a1. Його називають часом інкубаційного періоду, тобто часом, протягом якого утворюються зародки нового зерна. Потім спочатку повільно, а далі дуже швидко починає розпадатись аустеніт. У кінці розпад знову сповільнюється і завершується в точціб1. При перенесенні нагрітого зразка в кожний послідуючий термостат характер розпаду аустеніту аналогічний, але відмінність спостерігалась в часі інкубаційного періоду. Спочатку він зменшувався (до 500 oC ), а потім почав зростати.

Для зручності користування дані отриманого графіка (рис. 4, а) можна перенести в нову систему координат. По вертикалі відкласти температуру, а по горизонталі -- логарифм часу (рис. 4, б).

Поиск по сайту: