Превращение перлита в аустенит при нагреве

ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА УГЛЕРОДИСТЫХ СТАЛЕЙ

 

Цель работы

1. Ознакомиться с различными видами термической обработки углеродистых сталей и их назначением.

2. Разобраться в сущности упрочняющей термической обработки сталей (закалка и отпуск). Научиться правильно выбирать режимы нагрева сталей под закалку по диаграмме состояния "железо-цементит".

3. Изучить способы и технологию закалки сталей, их преимущества и недостатки.

Теоретическая часть

Механические свойства стали можно изменить в желаемом направлении термической обработкой. При этом изменение свойств происходит вследствие превращений, ведущих к получению стали одного и того же состава, но различных структур.

Термическая обработка – это совокупность операций нагрева, выдержки и охлаждения твердых металлических сплавов с целью получения заданных свойств за счет изменения структуры.

В результате термической обработки в сплавах происходят структурные изменения. После термообработки они могут находиться в (стабильном) и неравновесном (метастабильном) состоянии. В равновесном состоянии структура сплава соответствует диаграмме состояния, в неравновесном состоянии в структуре имеются метастабильные фазы.

Эффект термической обработки сталей основан на том, что они имеют фазовые превращения в твердом состоянии. Температуры наиболее важных фазовых превращений или обозначают буквой А (по начальной букве французского слова arret – остановка) с соответствующими индексами
(рис. 1). Критические точки А₁ лежат на линии PSK (727 ºС) диаграммы железо-углерод и соответствуют превращению П↔А. Критические точки А₂ лежат на линии MO (768 ºС) и характеризуют магнитное превращение феррита. Для назначения режимов термообработки точки А₂ не используются.

GS и ES – линии температур начала вторичных превращений (перекристаллизации). Критические точки А₃ соответствуют линии GS. На линии GS начинается выделение избыточного феррита из аустенита при охлаждении или завершается превращение феррита в аустенит при нагреве (Ф↔А). Критические точки А_ст соответствуют линии SE. На линии SE начинается выделение вторичного цементита из аустенита или заканчивается его растворение в аустените при нагреве (Ц_II ↔ А).

Теория термической обработки сталей базируется на четырех основных превращениях:

1) превращение перлита в аустенит при нагреве выше точек А₁ или А₃;

2) превращение аустенита в перлит при охлаждении ниже точек А₁, А₃ (изотермический распад аустенита и распад аустенита при непрерывном охлаждении);

3) превращение аустенита в мартенсит при закалке сталей;

4) превращения мартенсита и остаточного аустенита при нагреве закаленной стали (при отпуске стали).

Рассмотрим кратко эти превращения.

 

 

Рисунок 1 – Стальной угол
диаграммы железо-углерод с обозначением критических точек

 

Превращение перлита в аустенит при нагреве

Превращение П→А состоит из двух элементарных процессов: полиморфного превращения Fe_α → Fe_γ и растворения в γ-железе углерода цементита. В эвтектоидных сталях с чисто перлитной структурой превращение П→А происходит после нагрева выше А₁ , но его скорость зависит от температуры перегрева: чем температура выше точки А₁, тем быстрее идет превращение. Доэвтектоидные и заэвтектоидные стали приобретают однофазную структуру аустенита только после нагрева выше А₃ и А_ст соответственно.