Лекция Теория термической обработки стали (1)

1. Лекция №6

Тема: Теория термической обработки стали
Содержание лекции:
• Определение термической обработки
• Изменение структуры стали в процессе нагрева
и медленного охлаждения
-перегрев, пережог
• Диаграмма изотермического превращения аустенита
- перлит, сорбит и троостит закалки, мартенсит,
критическая скорость закалки
• Диффузионное и бездиффузионное превращения
аустенита

2. ТЕОРИЯ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ СТАЛИ

• Термической обработкой называется
совокупность операций нагрева,
изотермической выдержки и
охлаждения металлических сплавов,
находящихся в твердом состоянии с
целью изменения их строения и
создания за счет этого необходимых
механических или магнитных свойств.

3. Изменение структуры стали в процессе нагрева и медленного охлаждения

1100
1000
структура
видманштет
(α + Fe3C ) ↔ γ

4. Виды брака при нагреве

ТЕОРИЯ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ СТАЛИ
Виды брака при нагреве
1. Перегрев - исправимый брак
При нагреве до t = 1000 – 1100 °C и последующем медленном
охлаждении образуется крупнозернистая структура
(видманштед). Сталь с такой структурой имеет низкую ударную
вязкость.
• Исправление заключается в нагреве эвтектоидной стали выше
Ас1 на 30 – 50 ºС с последующим медленным охлаждением. При
этом образуется мелкозернистая перлитная структура с высокой
ударной вязкостью.
2. Пережог – неисправимый брак.
•При нагреве стали до температуры близкой к температуре начала
плавления по границам зерен происходит выделение углерода и
оксидов железа.

5. Структура перегретой стали (видманштеттова структура) Х 250

ТЕОРИЯ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ СТАЛИ
Структура перегретой стали (видманштеттова
структура) Х 250

6.

Диаграмма изотермического превращения аустенита (С = 0,8 %)
t t, C
ºC
Аустенит
(γ ) устойчивый
(неустойчивый)
727
1
V1 (с печью) Перлит
2
V2 (воздух)
V3 (масло)
550
неустойчивый
Сорбит закалки
Троостит закалки
Аустенит (γ)
неустойчивый
Мн
240
V4
(Н2 0)
0
Мк
- 50
Vкр
Мартенсит + γостаточный
м+
V5 (N2 )
V5 (азот)
M
Мартенсит
- 100
0
1
10
10
2
10
3
10
4
10
5
, с
1 – линия начала превращения аустенита, 2 - линия конца превращения аустенита, t =
550 °С - температура минимальной устойчивости аустенита, Мн = 240 °С –
температура начала мартенситного превращения, Мк = - 50 °С – температура конца
мартенситного превращения.

7. Структуры стали, образующиеся при различных скоростях охлаждения аустенита

Cкорость
охлаждения,
°C/с
V1
100 °/час
(с печью)
Структура
α
Fe3C
перлит
НВ,
МПа
L0,
мкм
2000
0,5 - 1,0
L0
V2
V3
3
(воздух)
сорбит
закалки
2500
0,3 - 0,5
150
(масло)
троостит
закалки
3000
0,1 - 0,3
5500
-
6500
-
V4
600
(вода)
V5
1000
(азот)
мартенсит
и
γ
М
м
остаточный
аустенит
мартенсит
м
М
ТЕОРИЯ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ СТАЛИ

8. пластинчатый перлит Х 600; ( сталь 0,8 %С).

ТЕОРИЯ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ СТАЛИ
пластинчатый перлит Х 600;
( сталь 0,8 %С).

9. Сорбит закалки: а – х 200, б – х 1000 (сталь с 0,7 %С)

ТЕОРИЯ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ СТАЛИ
Сорбит закалки:
а – х 200, б – х 1000 (сталь с 0,7 %С)

10. Троостит закалки: а – х500, б – х 7000 (сталь с 0,5 % С после закалки с 840 0С в масле)

ТЕОРИЯ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ СТАЛИ
Троостит закалки: а – х500, б – х 7000
(сталь с 0,5 % С после закалки с 840 0С в масле)

11.

ТЕОРИЯ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ СТАЛИ
Перлит, сорбит и троостит закалки –
механические смеси феррита и цементита различной
степени
дисперсности.
Структуры
имеют
пластинчатое строение. Наибольшая толщина пластин
в перлите, наименьшая – в троостите.
Критическая скорость закалки (Vкр)
–
минимальная скорость охлаждения стали, при которой
протекает процесс бездиффузионного превращения
аустенита в мартенсит (М ).
Мартенсит – продукт бездиффузионного
превращения
аустенита,
пересыщенный
твердый
раствор углерода в α – железе с тетрагональной
объемоцентированной кристаллической решеткой

12. Диффузионное (медленное) и бездиффузионное (быстрое) превращения аустенита

Диффузия – процесс переноса ионов, атомов или молекул,
сопровождающийся изменением их концентрации в различных
частях вещества.
Fe
(ГЦК, С=0.8% )
С
медленное охлаждение
(с печью)
Быст
рое о
хл. (Н
2 О)
Fe
Fe
С
+ Fe3 C(6,67% )
а
с
С
(ОЦК; С=0.006% )
перлит
мартенсит
Т (ОЦК; С=0.8% )

13. Кристаллическое строение цементита

ТЕОРИЯ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ СТАЛИ
Кристаллическое строение цементита

14. ТЕОРИЯ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ СТАЛИ

Пересыщение:
р = См /Ср,
где См – содержание углерода в мартенсите, Ср - равновесное
содержание углерода в феррите (0,006 % при t = 20 °C).
Тетрагональная
объемоцентированная
кристаллическая решетка
а=б<с
- ион Fe,
- атом углерода
Степень тетрагональгости
c/а > 1 (до 1,1)
Fe
Fe
Fe
Fe

15. Мартенсит Х 500 (сталь 45 после закалки с оптимальной температуры 850°С)

ТЕОРИЯ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ СТАЛИ
Мартенсит Х 500 (сталь 45 после закалки с
оптимальной температуры 850°С)