Главная  Промышленность 

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 [ 28 ] 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65

вая линия). Сначала твердость будет снижаться вследствие замены зон ГП метастабильными кристаллами, а при увеличении времени старения - вследствие превращения этих кристаллов в стабильные кристаллы А„В„. Если время выдержки достаточно велико, происходит коагуляция стабильных кристаллов. Коагуляцией называют рост кристаллов той фазы, которая распределена в виде включений в основе сплава. Рост кристаллов второй фазы происходит путем распада наиболее мелких и потому неустойчивых частиц и последующей диффузии растворенного компонента к более устойчивым частицам. Коагуляция приближает структуру сплава к равновесной.

Старение при температуре (г начинается с выделения метастабильных кристаллов, появление которых не приводит к получению такой высокой прочности, как при выделении зон ГП (согласно условию). Так как температура старения более высокая, чем в предьщу-щем случае, максимум на кривой старения достигается быстрее; с большей скоростью протекает и перестарива-ние-образование кристаллов А„,В„ и их коагуляция.

Старение при температуре не вызывает значительного упрочнения сплава, так как выделяющиеся при этой температуре стабильные кристаллы А„,В„ имеют относительно крупные размеры и коагулируют быстрее, чем при температуре (2-

Степень упрочнения при старении может быть очень высокой. Так, твердость и временное сопротивление дюралюми-нов при оптимальных условиях старения увеличиваются в 2 раза, в берил-лиевых бронзах-в 3 раза.

Термическую обработку, приводящую к получению стабильной структуры (стабильные кристаллы А„,В„ после коагуляции), называют стабилизацией; термин подчеркивает получение более устойчивой структуры при возможном нагреве сплава в условиях эксплуатации.

5.5. Термическая обработка сталей с эвтектоидным превращением

Эвтектоидное превращение в равновесных условиях происходит в большинстве сталей, в двухфазных алюминиевых бронзах, во многих сплавах на основе титана. Принципы, лежащие в основе термической обработки для всех сплавов этой группы, одни и те же, однако компоненты сплавов вносят ряд особенностей в развитие фазовых превращений. Поэтому принято раздельно изучать превращения в сплавах с разной металлической основой.

Выделим основные фазовые превращения, влияющие на структуру и свойства сталей:

а) преврашения при нагреве до аусте-нитного состояния фазовая перекристаллизация; б) превращения аустенита при различных степенях переохлаждения; в) превращения при нагреве закаленных сталей.

Превращения в сталях при нагреве до аустенитного состояния. В зависимости от условий нагрева можно получить зерно аустенита различного размера. От размера зерна аустенита в большой мере зависят свойства продуктов превращения.

Продукты преврашения мелкозернистого аустенита, как равновесные, так и метасгабильные, имеют более высокие пластичность и вязкость и меньшую чувствительность к концентраторам напряжений, чем соответствующие продукты превращения крупнозернистого аустенита.

Зарождение кристаллов при распаде аустенита происходит преимущественно на границах зерен, поэтому чем мельче зерно аустенита, тем больше возникает зародышей и тем мельче Бущт вновь образующиеся зерна.

Рассмотрим превращения, происходящие при нагреве в сталях с исходной равновесной структурой: феррит и перлит в доэвтектоидных сталях, перлит в эвтектоидной стали, перлит с вто-



ричным цементитом в заэвтектоидных сталях.

При промышленных скоростях нагрева при отжиге или закалке перлит вплоть до температуры Ас сохраняет пластинчатое строение.

При достижении температуры в сталях начинается преврашение перлита в аустенит. Кристаллы аустенита зарождаются преимущественно на межфазных поверхностях раздела феррита с цементитом (рис. 5.7). Превращение состоит из двух параллельно идущих процессов: полиморфного а-* -♦у-перехода и растворения в Fe, кристаллов цементита. Полиморфное превращение идет с более высокой скоростью, поэтому по завершении превращения аустенит сохраняет неоднородность по углероду, для устранения которой требуется определенное время.

Поскольку в каждой перлитной колонии зарождается несколько центров кристаллизации аустенита (см. схему на рис. 5.7), превращение при температуре Лс, сопровождается измельчением зерна стали. Эта очень важная особенность фазовой перекристаллизации широко используется в практике термической обработки стали-отжиге, закалке и других видах обработки, связанных с нагревом стали до аустенитного состояния.

Число зарождающихся при температуре Aci кристаллов аустенита возрастает с увеличением дисперсности перлита и скорости нагрева. При высоко-

скоростном нагреве, например, при нагреве ТВЧ, можно получить чрезвычайно мелкие зерна аустенита.

В стали эвтектоидного состава перекристаллизация заканчивается после завершения превращения перлита в аустенит. В до- и заэвтектоидных сталях после перехода перлита в аустенит в структуре сохраняются избыточные структурные составляющие-феррит и цементит соответственно.

В доэвтектоидных сталях при нагреве от Лс, ло Асз происходит превращение избыточного феррита в аустенит, а в заэвтектоидных сталях при нагреве от Ас до Aq,„-растворение продуктов распада избыточного цементита в аустените. Оба процесса сопровождаются диффузией углерода, приводящей к выравниванию концентрации и небольшому укрупнению зерен аустенита.

Повышение температуры стали в однофазной аустенитной области приводит к дальнейшему росту зерен аустенита-происходит процесс собирательной рекристаллизации.

Скорость роста аустенитных зерен при перегреве выше температур Лс и Ас неодинакова у разных сталей; она в большой мере зависит от способа раскисления стали и от наличия некоторых легирующих элементов.

В зависимости от скорости роста аустенитных зерен различают стали при-родно-крупнозернистые и природно-мелкозернистые.

Природно-крупнозернистыми назы-





Рис. 5.7. Схема зарождения и роста кристаллов при температуре Ас



вают стали, в которых по мере превышения температуры выше Ас или Ас„, кристаллы аустенита быстро укрупняются; таковы стали, раскислявшиеся в процессе выплавки ферросилицием и ферромарганцем.

Природно-мелкозернистыми называют стали, в которых при нагреве до 1000-1100 °С кристаллы аустенита растут с малой скоростью; к таковым относятся стали, дополнительно раскислявшиеся алюминием, а также легированные стали, содержащие карбидооб-разующие элементы, особенно титан и ванадий. Предполагают, что тормозящее влияние на рост зерен оказывают частицы нитрида алюминия, которые, располагаясь по границам зерен, механически препятствуют собирательной рекристаллизации; при температуре, большей 1000-1100 °С, нитрид алюминия распадается, и препятствия для роста исчезают.

Подобный механизм действия приписывается также карбидам титана и ванадия. Из карбидообразующих элементов лишь марганец не только не уменьшает, а даже несколько увеличивает скорость роста аустенитного зерна.

Природную зернистость сталей оце-нивают номерами (баллами) специально разработанной шкалы зернистости (ГОСТ 5639-82).

Стали, имеющие грубую крупнозернистую структуру вследствие высокотемпературных нагреВов, называют перегретыми; перегрев исправляется повторной аустенизацией с нагревом до более низкой температуры.

Превращения аустенита при различных сгепенях переохлаждения. Выше рассматривались фазовые превращения, происходящие в стали при медленном охлаждении из аустенитного состояния (см. п. 3.3).

Увеличивая скорость охлаждения стали или вводя в сталь легирующие элементы, можно значительно повысить степень переохлаждения аустенита, т. е. понизить температуру его превращения.

От степени переохлаждения аустенита зависят механизм и кинетика превращения и, соответственно, структура и свойства продуктов превращения.

В технологических процессах термической обработки распад аустенита происходит в условиях непрерывного охлаждения и иногда изотермически (при постоянной температуре).

Процессы распада переохлажденного аустенита подразделяют на два типа.

1. Диффузионные-перлитное и промежуточное (бейнитное).

2. Бездиффузионное-мартенситное.

Кинетику диффузионных превращений удобнее изучать в изотермических условиях.

Перлитное превращение аустенита. Влияние степени переохлаждения на устойчивость аустенита и скорость превращения представляют графически в виде диаграмм. Эти диаграммы строят в координатах температура пре-вращения-время; обычно время откладывают на логарифмической шкале (рис. 5.8).

Диаграммы строят на основе экспериментальных данных. Образцы сталей, нагретые до аустенитного состояния, быстро переносят в ванну с жидкой средой, имеющей температуру ниже равно-


годт

Рис. 5.8. Диаграмма изотермического превращения переохлажденного аустенита эвтектоидной стали (схема): / - перлитное превращение; И - промежуточное превращение; Я/- мартенситное превращение; П - перлит; С - сорбит; Т - троостит; Б - бейнит



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 [ 28 ] 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65