Параметры процессов термической обработки

К главным характеристикам процесса термообработки относятся температура нагрева, время выдержки и скорость остывания. Температура нагрева для доэвтектоидной и заэвтектоидной стали выбирается по-разному.

Так, при термообработке стали температуры, до которых нужно подогреть ту либо иную сталь, определяются расположением соответственных точек на диаграмме состояния Fe-С (рис. 6).

Рис. 6. Критичные точки и Параметры процессов термической обработки области температур нагрева

для главных видов термической обработки стали

Доэвтектоидную сталь при отжиге, нормализации и закалке нагревают до температур, на 30–50 °С превосходящих точку Ас3, а заэвтектоидную при закалке – на 30–50 °С выше точки Ас1.

Превышение хорошей температуры уже на 60–70 °С безизбежно укрупняет зерно аустенита (перегрев), понижая пластичность стали, более существенное превышение Параметры процессов термической обработки приводит к выгоранию углерода из поверхностного слоя заготовки (пережог).

Перегрев еще удается убрать повторной термообработкой, если такая допускается техническими критериями. Пережог же – брак неискоренимый. В практике термообработки и перегрев, и пережог недопустимы.

После нагрева до хорошей температуры и соответственного прогрева доэвтектоидная сталь, согласно диаграмме состояния (рис. 6) имеет тонкодисперсную аустенитную структуру Параметры процессов термической обработки, а заэвтектоидную дополняет вторичный цементит.

Продолжительность выдержки для прогрева заготовки при той либо другой температуре в общем случае определяется теплопроводимостью материала, ее формой, габаритными размерами, также количеством заготовок в данной садке.

В практике термообработки продолжительность прогрева подбирается эмпирически. Расчет времени выдержки для технологических процессов создают исходя из наибольшей толщины Параметры процессов термической обработки материала детали, подвергаемой термообработке: на прогрев поверхности детали отводится 5 минут, к которым прибавляется по 1 минутке на каждый мм толщины материала: Твыд = 5 мин + (1 мин·В), где Твыд – время выдержки детали при температуре нагрева, мин, В – наибольшая толщина металла детали, подвергаемой термической обработке, мм, в случае цилиндрической деталиВ = dмм (поперечнику). Для случаев штучной Параметры процессов термической обработки садки заготовок при термообработке в лабораторных печах требуемую продолжительность прогрева можно высчитать, пользуясь табл. 1.

Таблица 1Нормы продолжительности прогрева штучных заготовок стали

Рабочая температура, °С Форма заготовки
круг квадрат пластинка
длительность прогрева, мин
на 1 мм радиуса на 1 мм толщины на 1 мм толщины
2,0 3,0 4,0
1,0 1,0 2,0
0,8 1,2 1,6

Скорость следующего остывания в каждом определенном случае должна Параметры процессов термической обработки обеспечить стабильность получения требуемой структуры в критериях массовой термообработки заготовок. Потому для остывания заготовок обычно употребляются полностью определенные и вседоступные охлаждающие среды: размеренный воздух, минеральное масло (прохладное и горячее) и вода. При следующем охлаждении зависимо от того, с какой скоростью его провести, можно получить сбалансированную либо максимально неравновесную структуру. При Параметры процессов термической обработки этом структура будет изменяться в границах границ каждого аустенитного зерна фактически без конфигурации его размеров.

При отжиге, который делается с целью приведения стали в сбалансированное состояние, заготовки охлаждаются совместно с печью. В данном случае фазовые перевоплощения пройдут в полном согласовании с диаграммой состояния, и сталь приобретёт сбалансированную диаграммную структуру Параметры процессов термической обработки. У доэвтектоидной стали она будет ферритно-перлитной, у заэвтектоидной будет состоять из зернышек перлита и вторичного цементита.

Сейчас обратимся к данным рис. 7, где на кривые изотермического распада аустенита наложены векторы, любой из которых охарактеризовывает собой непрерывное остывание с некой, в первом приближении неизменной, скоростью.

Случаю сбалансированного остывания на Параметры процессов термической обработки рис. 7 соответствует вектор скорости остывания V1.

Р

рис. 7. Кривые распада аустенита и характеристики товаров этого распада,

проявляющиеся при охлаждении стали

При нормализации остывание заготовок проводится на воздухе. На рис. 7 такому же неравновесному остыванию соответствует вектор скорости остывания V2. При охлаждении на воздухе диффузионный либо перлитный распад аустенита протекает в интервале температур ниже Параметры процессов термической обработки точки сбалансированного образования перлита 727 °С и, как следует, с наименьшей диффузионной подвижностью атомов. Образующиеся при всем этом в каждом аустенитном зерне пластинки феррита и цементита (рис. 8) окажутся более тонкими, чем в перлите. Полученную при охлаждении на воздухе структуру именуют сорбитом.

При закалке стали остывание осуществляется в масле и Параметры процессов термической обработки в воде. Случаю остывания в масле на рис. 7 соответствует вектор V3. Тут перлитный распад аустенита произойдет при температурах более низких, чем при охлаждении на воздухе и, соответственно, при наименьшей диффузионной подвижности атомов. В конечном итоге будут тоньше пластинки феррита и цементита (рис. 8). Полученную таким макаром структуру именуют трооститом Параметры процессов термической обработки.

Рис. 8. Схемы структуры бывшего аустенитного зерна после

непрерывного остывания с разной скоростью

В интервале температур 510 °С – Мн (температура начала мартен-ситного перевоплощения около 300 °С) происходит промежуточное перевоплощение, при котором переохлажденный аустенит отчасти претерпевает бездиффузионный распад, превращаясь в структуры мартенситного типа, а часть аустенита преобразуется в троостит. Таким макаром, при скоростях остывания, равных 250–450 °С Параметры процессов термической обработки (рис. 7, V4), образуются структуры игловатого троостита. Малая скорость Vкр, при которой удается избежать диффузионных перевоплощений, именуется критичной скоростью закалки.

В конце концов, остывание в воде обеспечивает закритическую скорость остывания стали V5 (рис. 7), когда диффузионный распад аустенита неосуществим, потому что время его пребывания при температурах, обеспечивающих диффузионный распад, ничтожно Параметры процессов термической обработки не много. В этом случае происходит бездиффузионное перевоплощение аустенита в феррит, сверхнасыщенный углеродом. Происходит это в каждом аустенитном зерне средством поочередного протекания сдвигов и перестройки в плоскости каждого сдвига ГЦК решетки аустенита в ОЦК решетку феррита. В конечном итоге каждое зерно аустенита преобразуется в узкую мозаику из сверхнасыщенного Параметры процессов термической обработки углеродом феррита, т.е. приобретает структуру, именуемую мартенситом. При этом каждый мартенситный кристалл, ввиду особенностей критерий его образования, имеет сложное блочное строение с высочайшей плотностью дислокаций и высочайшим уровнем внутренних напряжений.

Потому мартенситная структура максимально высокопрочна и очень хрупка. Мартенситное перевоплощение происходит в интервале температурМн и Мк (начало и Параметры процессов термической обработки конец мартенситного перевоплощения). Положение точекМн и Мк на рис. 7 находится в зависимости от содержания углерода в стали (в аустените). Чем больше углерода в аустените, тем ниже температура мартенситного перевоплощения. При содержании углерода в стали, равном 0,6% и поболее она добивается отрицательных значений (рис. 7, Мк< 0 °С). Потому в закаленной структуре высокоуглеродистой стали остается огромное Параметры процессов термической обработки количество остаточного аустенита, для разложения которого применяется обработка холодом. В закаленной заэвтектоидной стали, нагреваемой при закалке до температур, на 30–50 °С превосходящих критичную точку Ас1 (рис. 6), после остывания в воде, вместе с мартенситом, в структуре будут находиться частички вторичного цементита. Их присутствие наращивает износостойкость, что очень принципиально Параметры процессов термической обработки, сначала, для материала режущего инструмента.

Таким макаром, по мере ускорения непрерывного остывания (рис. 7) сужается интервал температур перлитного распада аустенита, а малая диффузионная подвижность атомов предназначает огромную степень дисперсности товаров распада, т.е. уменьшает толщину пластинок феррита и цементита (рис. 8). Соответственно образуются структуры сорбита и троостита с большей прочностью, чем у Параметры процессов термической обработки перлита. А остывание с критичной скоростью при закалке с остыванием в воде превращает аустенит в крепкий, очень хрупкий мартенсит.

Чрезвычайно высочайшая хрупкость мартенсита приводит к необходи-мости отпуска закаленной на мартенсит стали. Он проводится для увеличения пластичности стали средством снятия внутренних напряжений. Нагрев стали при отпуске создают до температур Параметры процессов термической обработки, не превосходящих Аr1.

Нагрев развязывает протекание диффузионных процессов, а они, наряду со снятием внутренних напряжений, вызывают и диффузионный распад мартенсита как пересыщенного твердого раствора, нарушают его узкую блочную и дислокационную структуру, что, полностью естественно, сопровождается снижением прочности.

Зависимо от температуры, до которой при отпуске нагревают заготовку, различают низкотемпературный Параметры процессов термической обработки отпуск (160–250 °С), среднетем-пературный отпуск (250–450 °С) и высокотемпературный отпуск (450–650 °С). Чем выше температура отпуска, тем полнее снимаются внутренние напряжения и, естественно, увеличивается пластичность. При всем этом лучше протекают распад мартенсита и образование из него наименее крепких структур отпущенного мартенсита, троостита и сорбита.

Троостит и сорбит, приобретенные при отпуске, имеют частички цементита Параметры процессов термической обработки зернистой формы, а не пластинчатой, которая появляется при перлитном распаде аустенита (рис. 8). В сорбите они несколько крупнее, чем в троостите, с более округлой наружной геометрией. Такая структура присваивает сорбиту среднее соотношение прочности с пластичностью. Потому сорбитная структура более желательна у материала силовых частей конструкций. Термообработка стали обычно содержит Параметры процессов термической обработки в себе закалку и следующий высокотемпературный отпуск и именуется термоулучшением.

Измерение твердости

Общая мысль: в плоскую поверхность эталона из исследуемого материала с данным усилием особый наконечник – индентор. О твердости судят или по площади приобретенного отпечатка, или по глубине вдавливание индентора.

Измерение твердости способом Бринеля.

Индентор – шарик поперечника 2,5; 5 либо 10 мм.

Твердость Параметры процессов термической обработки по шкале Бринеля:

Р – усилие вдавливания, D – поперечник шарика, d – поперечник приобретенного отпечатка, измеряемый после удаления индентора.

Плюсы способа: высочайшая универсальность, другими словами способность к измерению материалов с разной структурой.

Недочеты способа: необходимость дополнительных измерений; необходимость дополнительных расчетов для получения НВ приводит к тому, что способ не оперативный.

Тесты проводят на Параметры процессов термической обработки особых прессах – твердомерах, развивающих строго определенное усилие вдавливания, являющееся стандартным. За счет конфигурации поперечника индентора, можно определять твердость материалов в широком спектре.

Измерение твердости способом Роквелла.

В способе Роквелла твердость определяется глубиной вдавливания конуса с углом при верхушке 120о.

Нагружение происходит в три шага: а) предварительное Параметры процессов термической обработки маленькое усилие Р0 для обеспечения контакта с прототипом; б) основное нагружение усилием Р= Р0 + Рраб;в) снятие рабочего усилия Рраб.Остается Р0для обеспечения контакта с прототипом.

О твердости материала судят по глубине вдавливания h, измеряемого на 3-м шаге нагружения. Для увеличения универсальности есть три шкалы:

Шкала Обозначения
А Параметры процессов термической обработки HRA
В HRB
С HRC

Различным шкалам соответствуют различные рабочие усилия.

Измерение твердости способом Викерса.

Способы Бринеля и Роквелла малопригодны для измерения твердости тонких образцов из-за больших усилий 9,8 Н <Рраб< 1200 Н.

Индентор – четырехгранная пирамида; угол при верхушке 136о.

где D – диагональ отпечатка, k –размерный коэффициент.

Недочеты способа: дополнительные измерения и расчеты.

Плюсы Параметры процессов термической обработки способа: возможность определять тонкие эталоны.


paradoksi-i-zagadki-vremeni.html
paradoksi-teatralnogo-mishleniya.html
parafollikulyarnaya-kletka-s-kletka.html