Термическая обработка

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ТЕОРИИ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ

ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА ТЕРМИЧЕСКУЮ ОБРАБОТКУ

Термической обработкой называют процессы, заключающиеся в тепловом воздействии на сплав по определенным режимам для изменения его структуры и свойств. От термической обработки зависят качество и стойкость деталей и инструмента.

— время т (рис. 4). Если термическая обработка состоит только из одной операции, то она называется простой (см. рис. 4, а), а если из нескольких операций — сложной (см. рис. 4, б).

К операциям термической и химико-термической обработки относят: отжиг (полный, неполный, изотермический, на зернистый перлит, диффузионный и рекристаллизационный); нормализацию; закалку (непрерывную в одной среде, прерывистую, ступенчатую, изотермическую, различные виды поверхностной закалки); отпуск; старение; обработку холодом; термомеханическую обработку; цементацию; азотирование; цианирование; нитроцементацию и др.

Термическая обработка и диаграмма состояния

Основные виды термической обработки — отжиг (с фазовой перекристаллизацией) и закалка с отпуском — применимы только для тех сплавов, которые образуют диаграмму состояния с

при нагреве можно получить

. При последующем медленном охлаждении вновь образу-

(отжиг с фазовой перекристаллизацией), а при быстром охлаждении (закалке) будет фиксироваться фаза, называемая мартенситом, обладающая высокой твердостью и прочностью.

Превращения в стали при нагреве

температура 727° С). В действительности превращение перлита в аустенит (а также и обратное превращение аустенита в перлит) не может происходить при 727° С, так как при этой температуре свободная энергия перлита равна свободной энергии аустенита (рис. 7). Поэтому для превращения перлита в аустенит температура нагрева должна быть обязательно немного выше равновесной температуры 727° С, т. е. должен быть так называемый перенагрев, так же как для превращения аустенита в перлит должно быть обязательно некоторое переохлаждение.

  (аустенит), цементит еще остается (рис. 8, д). После растворения всего цементита превращение заканчивается (рис. 8, е), но образовавшийся аустенит имеет неравномерную концентрацию углерода по объему, уменьшающуюся от центра к периферии зерна. Только после дальнейшего повышения температуры или дополнительной выдержки аустенит в результате диффузии углерода становится однородным по всему объему.

и насыщается углеродом (путем диффузии) из расположенных рядом участков ранее образовавшегося аустенита.

На скорость превращения перлита в аустенит влияют многие факторы: температура превращения

  скорость нагрева, дисперсность исходной структуры, химический состав стали.

Влияние температуры и скорости нагрева на превращение перлита в аустенит показано на рис. 9. С повышением температуры скорость перлито-аус-тенитного превращения увеличивается. Это объясняется тем, что превращение перлита в аустенит носит диффузионный характер, а с повышением температуры диффузионные процессы ускоряются.

Таким образом, чем быстрее нагрев, тем при более высокдо. температурах начинается и заканчивается превращение перлита в аустенит. Бремя, необходимое для перлито-аустенитного превращения, уменьшается с повышением скорости нагрева

Аустенит образуется на границе ферритной и цементитной фаз, поэтому чем больше протяженность границ между ферритом и цементитом, и мельче (дисперснее) структура перлита, тем быстрее совершается превращение. Самое быстрое превращение присуще мелкопластинчатому перлиту; медленнее осуществляется превращение при наличии мелкозернистого перлита и наиболее медленно — при крупнозернистом перлите.

получаются мелкими (начальное зерно аустенита). При повышении температуры происходит рост зерен, заключающийся (как один из

механизмов роста зерна аус-тенита) в слиянии и поглощении более мелких зерен более крупными. При росте зерна атомы переходят (в результате самодиффузии) от соседнего зерна к растущему через границу, вследствие чего границы зерен перемещаются.

На рис. 10 приведена микрофотография поверхности образца технического железа, выдержанного в вакууме при 1000° С в течение 30 мин (границы зерен отмечены стрелками), после чего температура была повышена до 1050° С на 10 мин (границы новых зерен отмечены стрелками с черными кружками). Скорость роста зерен аустенита увеличивается с повышением температуры.

От размера зерна аустенита, образовавшегося при нагреве (действительного зерна), зависит размер зерна продуктов распада аустенита. Если зерно аустенита мелкое, то и продукты распада аустенита получаются мелкими. От размера действительного зерна зависят также механические свойства стали, главным образом вязкость, значительно понижающаяся с увеличением размера зерна.

Размер наследственного (природного) зерна влияет на технологические свойства стали. Если, например, сталь наследственно мелкозернистая, то ее можно нагревать до высокой температуры (950—1000° С), не опасаясь получения крупного зерна.