Исправление микроструктуры перегретой доэвтектоидной стали

ИСПРАВЛЕНИЕ МИКРОСТРУКТУРЫ ПЕРЕГРЕТОЙ ДОЭВТЕКТОИДНОЙ СТАЛИ

Введение

Перегретой называется сталь с крупным зерном аустенита в нагретом состоянии и грубой ферритно-перлитной структурой в охлажденном. Перегрев можно исправить термической обработкой. В основе исправления структуры лежат фазовые превращения, протекающие в стали при нагреве и охлаждении.

1. Фазовые превращения в стали Превращение перлита (ферритно-цементитной смеси) в аустенит. Оно протекает при нагреве любой стали выше точки Ас1 хотя бы на один градус. Кроме того, при дальнейшем нагреве в доэвтектоидных сталях в интервале температур Ас1 — Ас3 в аустените растворяется избыточный феррит. Выше точки Ас3 стали находятся в однофазном аустенитном состоянии. Причем чем выше температура, тем крупнее получается аустенитное зерно. Для получения мелкого аустенитного зерна сталь необходимо нагревать всего на 30 — 50 оС выше точки Ас3 (рисунок 1).

Превращение аустенита в перлит. Этот процесс происходит в верхнем температурном интервале (Ас1 — 550 оС) диаграммы изотермического превращения переохлажденного аустенита. Например, при скоростях охлаждения V1 и V2 аустенит распадается с образованием перлитных структур в интервале температур ас и а’с' соответственно (см. рисунок 1).

Следует иметь в виду, что чем выше скорость охлаждения, тем ниже температурный интервал распада аустенита, дисперснее и тверже получается смесь феррита и цементита. Продукты распада аустенита (перлит, сорбит, тростит) имеют пластинчатое строение и отличаются друг от друга степенью дисперсности пластин феррита и цементита.

а — схема изменения структуры стали; б — схема диаграммы «железо — цементит»; в — диаграмма изотермического распада переохлажденного аустенита; кривая 1 — охлаждение с печью (отжиг); кривая 2 — охлаждение на воздухе (нормализация).

Рисунок 1 — Формирование структуры стали

2 Основные виды предварительной термической обработки стали

2.1 Отжиг Отжигом называют нагрев стали до заданной температуры, выдержку и медленное (вместе с печью) охлаждение. В зависимости от марки стали скорость охлаждения колеблется в пределах от 150 до 30 градусов в час. После отжига получается наиболее равновесная структура.

Отжиг применяют:

— для снятия внутренних напряжений;

— получения минимальной твердости;

— исправления структуры кованой, литой или перегретой стали;

— устранения дендритной ликвации.

В зависимости от температуры нагрева различают следующие виды отжига:

1) Низкий отжиг. Температура нагрева ниже нижней критической точки Ас1 на 100 — 50 оС:

сталь термический перекристаллизация кованый Тн = Ас1 — (100 … 50) оС.

Нагрев не сопровождается фазовыми превращениями, поэтому структура таким отжигом не изменяется (исключение — рекристаллизационный отжиг после холодной пластической деформации). Отжиг низкий применяют для снятия внутренних напряжений.

2) Неполный отжиг. Температура нагрева лежит на 30 — 50 градусов выше нижней критической точки стали:

Тн = Ас1 + (30 … 50) оС.

Нагрев сопровождается частичной фазовой перекристаллизацией и приводит к исправлению перлитной (П) составляющей. Избыточная структурная составляющая феррит не претерпевает изменений. Для доэвтектоидных сталей неполный отжиг применяется редко.

3) Полный отжиг. Температура нагрева лежит на 30 — 50 градусов выше верхней критической точки Ас3:

Тн = Ас3 + (30 …50) оС.

Нагрев приводит к полной фазовой перекристаллизации и, как следствие, исправлению перегретой структуры. При нагреве выше точки Ас3 на 30 … 50 оС образуется мелкое аустенитное зерно (см. рисунок 1, а), из которого при охлаждении с малой скоростью (кривая 1 — рисунок 1, в) формируется мелкая ферритно-перлитная структура. Если нагреть сталь до более высоких температур, аустенитное зерно вырастет, из такого зерна после охлаждения образуется крупнозернистая ферритно-перлитная структура (рисунок 2).

а — нормальный нагрев; б — перегрев.

Рисунок 2 — Структурные изменения доэвтектоидной стали при полной фазовой перекристаллизации Полный отжиг снимает внутренние напряжения, смягчает сталь и полностью исправляет структуру. Применяют полный отжиг только для доэвтектоидных сталей, так как в заэвтектоидных сталях при медленном охлаждении образуется цементитная сетка вокруг перлитных зерен, что охрупчивает сталь.

2.2 Нормализация Нормализацией называется процесс термической обработки, заключающийся в нагреве стали выше верхней критической точки Ас3, выдержке до полного образования аустенита (мелкозернистого) и охлаждении на спокойном воздухе. От полного отжига нормализация отличается ускоренным охлаждением (кривая 2 на рисунке 1). В этом случае распад аустенита происходит при более низких температурах (участок а’с'), нежели при отжиге (участок ас). Зерно у нормализованной стали мельче, а твердость выше, чем у отожженной.

1. Тушинский, Л. И. Методы исследования материалов/ Л. И. Тушинский, А. В. Плохов, А. О. Токарев, В. Н. Синдеев. — М.: Мир, 2004. — 380 с.

2. Лахтин, Ю.М. Материаловедение/ Ю. М. Лахтин. — М.: Металлургия, 1993. — 448 с.

3. Фетисов, Г. П. Материаловедение и технология металлов/ Г. П. Фетисов, М. Г. Карпман и др. — М.: Высшая школа, 2001. — 622 с.

4. Евстратова, И.И. Материаловедение/ И. И. Евстратова и др. — Ростов-на-Дону: Феникс, 200 — 268 с.

5. Маркова, Н. Н. Железоуглеродистые сплавы/ Н. Н. Маркова. — Орел: ОрелГТУ, 200 — 96 с.

6. Ильина, Л. В. Материалы, применяемые в машиностроении: справочное пособие/ Л. В. Ильина, Л. Н. Курдюмова. — Орел: ОрелГТУ, 2007.