13. Виды термической обработки металлов. Основы теории термической обработки стали
13.1 Виды термической обработки металлов
Свойства сплава зависят от его структуры. Основным способом, позволяющим изменять структуру, а, следовательно, и свойства является термическая обработка.
Основы термической обработки разработал Чернов Д.К., они развивались в работах Бочвара А.А., Курдюмова Г.В., Гуляева А.П.
Термическая обработка представляет собой совокупность операций нагрева, выдержки и охлаждения, выполняемых в определенной последовательности при определенных режимах, с целью изменения внутреннего строения сплава и получения нужных свойств (представляется в виде графика в осях температура – время, см. рис. 13.1).
|
Рисунок 13.1 – Графики различных видов термообработки: отжига (1, 1а), закалки (2, 2а), отпуска (3), нормализации (4). |
Различают следующие виды термической обработки:
1. Отжиг 1 рода – возможен для любых металлов и сплавов.
Его проведение не обусловлено фазовыми превращениями в твердом состоянии. Нагрев при отжиге первого рода, повышая подвижность атомов, частично или полностью устраняет химическую неоднородность, уменьшает внутренние напряжения.
Основное значение имеет температура нагрева и время выдержки. Характерным является медленное охлаждение
Разновидностями отжига первого рода являются: диффузионный; рекристаллизационный; отжиг для снятия напряжения после ковки, сварки, литья.
2. Отжиг II рода – отжиг металлов и сплавов, испытывающих фазовые превращения в твердом состоянии при нагреве и охлаждении. Проводят процесс с целью получения более равновесной структуры и подготовки ее к дальнейшей обработке. В результате отжига измельчается зерно, повышаются пластичность и вязкость, снижаются прочность и твердость, улучшается обрабатываемость резанием.
Характеризуется нагревом до температур выше критических и очень медленным охлаждением вместе с печью (рис. 13.1 (1, 1а)).
3. Закалка – проводится для сплавов, испытывающих фазовые превращения в твердом состоянии при нагреве и охлаждении, с целью повышение твердости и прочности путем образования неравновесных структур.
Характеризуется нагревом до температур выше критических и высокими скоростями охлаждения (рис. 13.1 (2, 2а)).
4. Отпуск – проводится с целью снятия внутренних напряжений, снижения твердости и увеличения пластичности и вязкости закаленных сталей.
Характеризуется нагревом до температуры ниже критической А1 (рис. 13.1 (3)). Скорость охлаждения роли не играет.
Термическую обработку подразделяют на два основных вида:
- предварительная – применяется для подготовки структуры и свойств материала для последующих технологических операций (обработки давлением, улучшения обрабатываемости резанием);
- окончательная – формирует свойство готового изделия.
13.2 Превращения, протекающие в структуре стали при нагреве и охлаждении
Любая разновидность термической обработки состоит из комбинации основных превращений, в основе которых лежат стремления системы к минимуму свободной энергии.
1. Превращение перлита в аустенит (П А), происходит при нагреве выше критической температуры А1, минимальной свободной энергией обладает аустенит.
2. Превращение аустенита в перлит (А П), происходит при охлаждении ниже А1, минимальной свободной энергией обладает перлит:
3. Превращение аустенита в мартенсит (А М), происходит при быстром охлаждении ниже температуры нестабильного равновесия:
4. Превращение мартенсита в перлит (М П) – происходит при любых температурах, т.к. свободная энергия мартенсита больше, чем свободная энергия перлита:
