Таким образом, для ДОЭВТЕКТОИДНЫХ СТАЛЕЙ требуется применять ПОЛНУЮ ЗАКАЛКУ.

Предложен сплав на основе железа, содержащий 1,4 % углерода. Укажите класс стали и её марку.

Установите оптимальные температуры нагрева под отжиг, нормализацию и закалку. Охарактеризуйте каждый из процессов, опишите происходящие превращения (при нагреве и охлаждении) и получаемые структуры.

Сплав на основе железа с содержанием углерода 1,4 % относится к классу заэвтектоидных сталей и может иметь маркировку как «У14».

Исходная структура – перлит + цеменит_II (вторичный)

Превращения, протекающие при нагреве

Критическими точками при нагреве могут быть:

А_С1 = 727 °С (на диаграмме линия PSK) – превращение при нагреве перлита в аустенит;

А_Сm(на диаграмме линия SE) – полный переход структуры при нагреве в аустенит.

 

При промышленных скоростях нагрева перлит в составе стали У14 вплоть до температуры Ас₁ сохраняет пластинчатое строение. При достижении температуры Ас₁ начинается превращение перлита в аустенит. Кристаллы аустенита зарождаются преимущественно на межфазных поверхностях раздела феррита с цементитом. Превращение состоит из двух параллельно идущих процессов: полиморфного a®g-перехода и растворения в g-Fe кристаллов цементита.

В заэвтектоидных сталях при нагреве от А_С1 до А_Сm происходит растворение цеменита_II в аустенитt.

 

аустенит + цементитII (в виде сплошной сетки)

®

аустенит + цементитII (в виде отдельных включений)

®

аустенит крупнозернистый

 

ОТЖИГ проводят для снижения твердости, повышения пластичности и получения однородной мелкозернистой структуры, а также для улучшения обрабатываемости резанием и снятия остаточные напряжения.

Отжиг заключается в нагреве металла, находящегося в результате каких-либо предшествующих воздействий в неравновесном состоянии, и приводит его в более равновесное. Скорость охлаждения с температуры отжига (охлаждение с печью) составляет около 200 °С/ч.

На всякий случай в обозначении критческих точек:

А_С – при нагреве

Аr – при охлаждении

При медленном охлаждении идёт процесс, противоположный процессу при нагрве:

– сначала в интервале температур Аr_m… Аr₁ происходит выделение частиц цементита вторичного по границе зерен аустенита, при срастании отдельных его частиц происходит образование сплошной цементитной сетки.

– при достижении температуры Аr₁ происходит перлитное превращение в зернах аустенита. Образование зародышей цементита происходит на границах зерен аустенита, и при этом аустенит, прилегающий к зародышам, обедняется углеродом, что приводит к образованию зародышей феррита. Рост кристаллов феррита и цементита идет совместно, и образуется перлитная колония пластинчатого вида

В зависимости от температуры нагрева отжиг может быть полным (режим 2) и неполным (режим 1).

1) При неполном отжиге сталь нагревают выше А_С1, но ниже А_Сm (точка 1)
t_н = А_С1 + 30…50°.

Структура перед охлаждением – аустенит+цементитII	Структура после охлаждения – перлит+цементитII

При этом происходит измельчение зерен перлита.

2) При полном отжиге нагрев осуществляется на 30-50°С выше температуры А_Сm (точка 2) – t_н = А_Сm + 30…50°.

Структура перед охлаждением – аустенит крупнозернистый	Структура после охлаждения – крупные перлитные зерна, окруженные вторичным цеменитом в виде сетки

Такая структура нежелательна, так как образующаяся цементитная сетка является браком, т.к. из-за хрупкости снижает свойства материала.

Таким образом, для ЗАЭВТЕКТОИДНЫХ СТАЛЕЙ рационально применять НЕПОЛНЫЙ ОТЖИГ с температурой нагрева t_н = А_С1 + 30¸50°.

НОРМАЛИЗАЦИЯ – это разновидность отжига, поэтомузаключается в нагреве металла, находящегося в результате каких-либо предшествующих воздействий выше температуры фазового превращения.

При нормализации нагрев, как правило, производят в аустенитную область (точка 2) – t_н = А_Сm + 30¸50°. Для заэвтектоидных сталей основная цель нормализации – устранение цементитной сетки.

Бракованная структура – цементитная сетка	Структура перед охлаждением – аустенит	Структура после охлаждения – перлит+цементитII

При ускоренном (30 °/сек) по сравнению с отжигом (200 °С/ч) охлаждением цементитная сетка выделиться не успевает, брак исправлен.

ЗАКАЛКА – это термическая обработка, в результате которой в сплавах образуется неравновесная структура.

Цель закалки – получение высокой твердости и заданных физико-механических свойств, получение равномерного химического состава материала (подготовка структуры к окончательной термической обработке – отпуску). Минимальная скорость охлаждения, необходимая для переохлаждения аустенита до мартенситного превращения, называется критической скоростью закалки. Скорость охлаждения определяется видом охлаждающей среды.

При охлаждении стали со скоростью, большей V_кр, будет образовываться мартенсит (пересыщенный твердый раствор углерода в a-железе). Углерод в свободном виде не выделяется, а внедряется в ОЦК-решетку a-железа, преобразуя ее в тетрагональную, характеризуемую показателем с/а>1. Чем больше содержание углерода, тем выше показатель с/а – степень тетрагональности.

В зависимости от температуры нагрева закалка может быть полной (режим 2) и неполной (режим 1).

1) При неполной закалке сталь нагревают выше А_С1, но ниже А_Сm (точка 1):

t_н = А_С1 + 30¸50°

Структура перед охлаждением – аустенит+цементитII	Структура после охлаждения – мартенсит+цементитII

Наличие избыточного цементита в структуре закаленной заэвтектоидной стали полезно, так как эти стали обычно используют для изготовления инструмента, а округлые включения цементита не только не уменьшают, но даже увеличивают твердость, а, следовательно, и износостойкость стали.

2) При полной закалке нагрев осуществляется на 30-50 °С выше температуры А_Сm (точка 2) –  t_н = А_Сm + 30¸50°

Структура перед охлаждением – аустенит	Структура после охлаждения мартенсит крупноигольчатый с большим количеством аустенита остаточного, т.к.

Такая структура нежелательна по следующим причинам:

– крупное зерно заметно снижает механические свойства;

– аустенит остаточный значительно ниже по твердости, чем мартенсит (аустенит – 20 HRC, мартенсит – 60 HRC), его наличие в целом понижает твердость и прочность материала;

– наличие остаточного аустенита может в дальнейшем при эксплуатации изделия может привести к изменению размеров за счет превращения в мартенсит и тогда не будет соблюдено условие сохранение постоянства формы и размеров в течение длительного времени.

Таким образом, для ЗАЭВТЕКТОИДНЫХ СТАЛЕЙ рационально применять НЕПОЛНУЮ ЗАКАЛКУ с температурой нагрева t_н = А_С1 + 30¸50°.

Это как объяснение  – в аустените растворен весь Ц_II, поэтому в нем содержится большое количесвто углерода по сравнению с неполной закалкой, где в аустените его меньше