Перетворення, що протікають у сталі під час термічної обробки - технологія термічної обробки підвісок гальмівно-важільної передачі електровозу, виготовлених із сталі 45

Процес термічної обробки сталі, у будь-якому випадку, включає в себе нагрів та охолодження, при цьому відбуваються структурні та фазові перетворення. А саме для даного виду ТО (покращення) проходять такі види перетворень:

    - при нагріванні сталі - П > А; - при швидкому охолодженні (гартування) - А > М; - при охолодженні після високого відпуску - М > П(С).

Перетворення перліту в аустеніт починається при нагріві сталі вище першої критичної точки Ас1 (727 0С). При цьому зерна (Ф+Ц) у перлітному зерні взаємодіють між собою і утворюються зародки аустеніту. Початкове зерно аустеніту завжди дуже дрібне, але при збільшенні температури нагріву воно поступово зростає. Тобто, чим вище температура, тим більше аустенітне зерно і тому буде великим зерно мартенситу, яке утвориться після гартування. Розмір зерна А є дуже важливою характеристикою. Крупне зерно не завжди бажане, так як знижує ударну в'язкість сталі.

При великій степені переохолодження нестійкість аустеніту збільшується, а швидкість дифузії вуглецю різко падає. При цьому змінюється тип решітки г > б, а весь вуглець, який раніш був розчинений у решітці А, залишається в решітці фериту.

Утворюється мартенсит - перенасичений твердий розчин впровадження вуглецю в б - залізі. Мартенсит має ту ж саму концентрацію вуглецю, що і вихідний аустеніт. Через перенасиченість вуглецем решітка М сильно викривлена і замість кубічної набуває тетрагональної форми (рисунок 2.2). Під час переходу від аустенітної до мартенситної структури об'єм та розміри деталей збільшуються. Мартенсит має високу твердість та крихкість.

Структура сталі після гартування складається з тетрагонального мартенситу і деякої кількості залишкового аустеніту. При нагріванні загартованої сталі нижче температури фазового перетворення (відпуск) відбуваються наступні процеси.

При нагріванні до 200 ° С з мартенситу виділяються пластинки карбідної фази, решітка мартенситу стає близькою до кубічної. При нагріванні до 300 ° С залишковий аустеніт перетворюється на суміш перенасиченого б-твердого розчину та карбіду, тобто у відпущений мартенсит. При подальшому нагріванні з твердого розчину виділяється весь надлишковий вуглець, карбіди відокремлюються, утворюється цементит. При нагріванні до 400 ° С сталь складається з фериту і цементиту, що утворюють структуру троостит відпуку. При нагріванні до 600 ° С утворюється структура сорбіт відпуску, що складається з фериту і дрібних зерен цементиту.

На відміну від сорбіту, одержаного при розпаді аустеніту, зерна цементиту, що утворюються при розпаді мартенситу, рівноосні, а не пластинчасті. Різна форма цементиту обумовлює відмінність у властивостях структур. Зернисті структури мають більш високі механічні властивості, характеризуються більшою пластичністю і в'язкістю при рівній твердості.

Після гартування структура сталі складається з мартенситу і залишкового аустеніту. Твердість визначається твердістю мартенситу та його кількістю. Пластичність загартованої сталі залежить не тільки від вмісту мартенситу, але і від його дисперсності (розміру голок). Для забезпечення високого комплексу механічних властивостей прагнуть отримати після гартування дрібногольчасту структуру, що досягається при дрібнозернистій структурі аустеніту до перетворення.

Твердість сталі залежить від температури ізотермічного розпаду аустеніту: сталі 45 (рисунок 2.3) та сталі 40Х (рисунок 2.4) [9].

А) б)

Рисунок 2.3 - Діаграма ізотермічного перетворення аустеніту сталі 45 (а) та термокінетична діаграма розпаду переохолодженого аустеніту сталі 45 (б)

А) б)

Рисунок 2.4 - Діаграма ізотермічного перетворення аустеніту сталі 40Х (а) та термокінетична діаграма розпаду переохолодженого аустеніту сталі 40Х (б)

Чим нижче температура ізотермічного розпаду аустеніту, тим вище дисперсність перлітних фаз і внаслідок цього вище твердість сталі.

Вплив легуючих компонентів на поліморфні перетворення в сталі. Більшість легуючих елементів, при введенні їх в сталь, змінюють температуру початку та кінця поліморфного перетворення.

Карбіди хрому відносяться до фаз внедрування, тому їх поява в сталях викликає різке збільшення міцності та твердості, з одночасним зниженням в'язкості та пластичності. Легуючі елементи також впливають на положення критичних точок в сталях та основних ліній на діаграмі Fe - C. Вони підвищують точки А1 та А3, так як їхні карбіди більш стійкі і розчиняються в залізі при більш високих температурах, ніж звичайний цементит. Тому введення легуючих компонентів (Cr) викликає необхідність збільшення температури гартування.

Вплив легуючих елементів на фазові перетворення при термічній обробці. Введення легуючого компоненту (хрому) змінює положення С - подібних кривих на діаграмі ізотермічного перетворення аустеніту, тобто зміщує вправо, а точки Mn та Mk - вниз.

Наявність легуючих елементів в сталі робить більш стійким загартований стан, тобто мартенсит зберігається при нагріванні в процесі відпуску до більш високих температур. Так, якщо у звичайній вуглецевій сталі мартенсит перетворюється в троостит вже при нагріві до 250 0С, то в легованих сталях мартенсити може зберігатися до температур 450 - 550 0С.

Похожие статьи




Перетворення, що протікають у сталі під час термічної обробки - технологія термічної обробки підвісок гальмівно-важільної передачі електровозу, виготовлених із сталі 45

Предыдущая | Следующая