Название: Методические указания к лабораторной работе № 3 по курсу «Материаловедение» (А.И. Смирнов)

Жанр: Гуманитарные

Просмотров: 1134


Введение

Свойства стали одного и того же химического состава можно варьировать в широком интервале путем изменения ее структуры. Одним из самых распространенных методов изменения структуры является термическая обработка. Термической обработкой называется совокупность операций нагрева, выдержки и охлаждения сплава, находящегося в твердом состоянии, с целью получения необходимого комплекса механических свойств.

Нагрев необходим для фазовой перекристаллизации стали и ускорения диффузионных процессов. Фазовая перекристаллизация – это превращение объемоцентрированной кубической (ОЦК) решетки a–железа в гранецентрированную кубическую (ГЦК) решетку g–железа. a–железо является низкотемпературной модификацией железа, g–железо – высокотемпературной.

Температура нагрева при различных видах термической обработки выбирается с учетом температуры критических точек стали и вида обработки. Для сокращения терминологии общепринято критические точки различных сталей, соответствующие одинаковым структурным превращениям, обозначать следующими символами: 

Аc1, Аr1 – линия превращения Аустенит ↔ Перлит (линия PSK);

Аc3 – линия начала распада аустенита (линия GS);

Аccm – линия изменения растворимости углерода в аустените (линия ЕS);

Аc – превращение при нагревании; Аr – превращение при охлаждении.

На практике температуры критических точек определяют по справочникам по термической обработке или по диаграмме состояния  Fe - Fe3C (рис. 1). Температуру нагрева назначают на 30…50 оС выше Ас1 (Аc3, Аccm) для ускорения диффузионных процессов.

Нагрев стали выше расчетных температур приводит к браку – перегреву и пережогу. Перегрев ведет к значительному укрупнению зерна; устраняется повторной термообработкой с правильным нагревом. Пережог получается при нагреве стали до температуры, близкой к температуре плавления (1200…1300 °С), и заключается в окислении границ зерен. Пережог – неустранимый брак, изделия отправляются на переплав.

Выдержка необходима для выравнивания температуры по сечению детали и для завершения структурных превращений, которые зависят от скорости диффузионных процессов. Длительность нагрева и выдержки определяется размерами детали. Обычно общее время нагрева и выдержки составляет 1…1,5 мин. на миллиметр наибольшего поперечного сечения.

Охлаждение – ответственная операция, формирующая конечную структуру стали, а, следовательно, и ее свойства при эксплуатации. Если нагреть сталь до аустенитного состояния, а затем охладить с какой-либо скоростью, то распад аустенита происходит не сразу после достижения температуры А1 (727 °С). Возможно переохлаждение аустенита до температур, существенно меньших данной температуры, при которых он сохраняется некоторое время. Чем выше скорость охлаждения, тем ниже температура, при которой происходит распад аустенита. С понижением температуры распада аустенита увеличивается дисперсность структуры, повышается плотность дефектов кристаллического строения: дислокаций, вакансий и внедренных атомов. Поэтому, чем больше скорость охлаждения, тем выше прочность, твердость и износостойкость стали, но ниже пластичность и трещиностойкость.