Structura și proprietățile oțelului călit depind într-o măsură mai mare nu numai de temperatura de încălzire, ci și de viteza de răcire. Formarea structurilor de întărire se datorează suprarăcirii austenitei sub linia PSK, unde starea sa este instabilă. Prin creșterea vitezei de răcire, poate fi suprarăcită la temperaturi foarte scăzute și transformată în diferite structuri cu proprietăți diferite. Transformarea austenitei suprarăcite poate avea loc atât cu răcire continuă, cât și izotermic, în timpul menținerii la temperaturi sub punctul Ar1 (adică sub linia PSK).

Influența gradului de suprarăcire asupra stabilității austenitei și a vitezei de transformare a acesteia în diverse produse este prezentată grafic sub formă de diagrame în coordonatele temperatură-timp. Ca exemplu, luați în considerare o astfel de diagramă pentru oțel cu compoziție eutectoidă (Fig. 3). Descompunerea izotermă a austenitei suprarăcite din acest oțel are loc în intervalul de temperatură de la Ar1 (727 °C) la Mn (250 °C), unde Mn este temperatura la care începe transformarea martensitică. Transformarea martensitică în majoritatea oțelurilor poate avea loc numai cu răcire continuă.

Fig.3 Diagrama descompunerii austenitei pentru oțel cu compoziție eutectoidă.

Diagrama (vezi Fig. 3) prezintă două linii în formă de litera „C”, așa-numitele „curbe C”. Una dintre ele (stânga) indică momentul începerii descompunerii austenitei suprarăcite la diferite temperaturi, cealaltă (dreapta) - momentul încheierii descompunerii.În regiunea situată în stânga liniei începutului de descompunere, există austenită suprarăcită. Între curbele C există atât austenită, cât și produsele sale de degradare. În cele din urmă, în dreapta liniei finale de dezintegrare, există doar produse de transformare.

Transformarea austenitei suprarăcite la temperaturi de la Ar1 la 550 0C se numește perlitică. Dacă austenita este suprarăcită la temperaturi de 550 ... Mn, transformarea ei se numește intermediară.

Ca urmare a transformării perlitei, se formează structuri lamelare de tip perlit, care sunt amestecuri ferită-cementită de diverse finețe. Cu o creștere a gradului de suprarăcire în conformitate cu legi generale cristalizarea crește numărul de centri. Dimensiunea cristalelor formate scade, i.e. dispersia amestecului ferită-cementită crește. Deci, dacă transformarea are loc la temperaturi în intervalul Ar1...650°C, se formează un amestec grosier de ferită-cementită, care se numește însuși perlit. Structura perlită este stabilă, adică neschimbat în timp la temperatura camerei.

Toate celelalte structuri s-au format la temperaturi mai scăzute, de ex. în timpul suprarăcirii austenitei, acestea sunt clasificate ca metastabile. Deci, atunci când austenita este suprarăcită la temperaturi de 650...590°C, se transformă într-un amestec fin de ferită-cementită numit sorbit.

La temperaturi și mai scăzute, de 590 ... 550 ° C, se formează trostită - un amestec foarte dispersat de ferită-cementită. Aceste diviziuni ale structurilor perlitei sunt arbitrare într-o anumită măsură, deoarece finețea amestecurilor crește monoton odată cu scăderea temperaturii de transformare. În același timp, duritatea și rezistența oțelurilor cresc. Deci duritatea perlitului din oțelul eutectic este de 180 ... 22-HB (8 ... 19 HRC), sorbitol - 250 ... 350 HB (25 ... 38 HRC), trostită - 400 ... 450 HB (43 ...48HRC).

La suprarăcirea austenitei la temperaturi de 550 ... MN, aceasta se descompune cu formarea de bainită. Această transformare se numește intermediară, deoarece, spre deosebire de perlită, se desfășoară parțial conform așa-numitului mecanism martensitic, ducând la formarea unui amestec de cementită și ferită oarecum suprasaturată cu carbon. Structura bainitică se caracterizează prin duritate mare de 450...550 HB.

Fig.4 Diagrama degradarii austenitei pentru otelurile hipoeutectoide (a) si hipereutectoide (b).

Pe diagramele de descompunere a austenitei pentru oțelurile hipoeutectoide și hipereutectoide (Fig. 4.) există o linie suplimentară care arată momentul în care excesul de cristale de ferită sau cementită încep să precipite din austenită. Izolarea acestor structuri în exces are loc numai la suprarăciri ușoare. Cu o suprarăcire semnificativă, austenita se transformă fără separarea prealabilă a feritei sau cementitei.În acest caz, conținutul de carbon din amestecul rezultat diferă de eutectoid.

În cazul răcirii continue a austenitei la viteze diferite, transformarea acesteia nu se dezvoltă la o temperatură constantă, ci într-un anumit interval de temperatură. Pentru a determina structurile rezultate din răcirea continuă, trasăm curbele vitezei de răcire ale probelor de oțel eutectoid carbon pe diagrama de descompunere a austenitei (Fig. 5.).

Din această diagramă se poate observa că la o viteză de răcire foarte mică V1, care este asigurată prin răcire împreună cu cuptorul (de exemplu, în timpul recoacerii), se obține o structură de perlită. La o rată de V2 (în aer), transformarea are loc la temperaturi puțin mai scăzute. Se formează o structură de perlit, dar mai dispersată. Acest tratament se numește normalizare și este utilizat pe scară largă pentru oțelurile cu conținut scăzut de carbon (uneori pentru oțelurile cu carbon mediu) în loc de recoacere ca înmuiere.

Fig.5. Curbele de descompunere a austenitei în timpul răcirii continue a oțelului eutectoid.

La o rată de V3 (răcire în ulei), transformarea austenitei are loc la temperaturi care asigură o structură de sorbită și uneori o structură de trestie.

Dacă austenita este răcită la o viteză foarte mare (V4), atunci este suprarăcită la o temperatură foarte scăzută, indicată pe diagrame ca Mn. Sub această temperatură, are loc o transformare martensitică fără difuzie, care duce la formarea unei structuri martensite. Pentru oțelurile carbon, o astfel de viteză de răcire este asigurată, de exemplu, de apă

În cazul general, viteza minimă de răcire la care toată austenita este suprarăcită la o temperatură Mn și se transformă în martensită se numește viteza critică de stingere. În Fig.5, este desemnat ca Vcr și este tangent la curba C. Rata critică de întărire este cea mai importantă caracteristica tehnologica deveni. Determină alegerea mediului de răcire pentru a obține o structură martensitică.

Valoarea vitezei critice de întărire depinde de compoziția chimică a oțelului și de alți factori. Deci, de exemplu, în unele oțeluri aliate, chiar și răcirea în aer oferă o viteză mai mare decât cea critică.

La întărirea pentru martensită, trebuie să se țină seama de faptul că această structură are un volum specific mare și formarea ei este însoțită atât de o creștere vizibilă a volumului produsului întărit, cât și de o creștere bruscă a tensiunilor interne, care, la rândul lor, duc la deformare. sau chiar la formarea de fisuri. Toate acestea, combinate cu fragilitatea crescută a martensitei, necesită un tratament termic suplimentar al pieselor întărite - operații de revenire.

Este mai convenabil să clarificăm această întrebare folosind exemplul oțelului eutectoid (C = 0,8%). Din acest oțel se realizează o serie de probe, toate sunt încălzite la starea austenitică, adică. peste 727°С și în continuare fiecare probă este răcită cu viteză diferită(Fig. 38).

Orez. 38. Diagrama descompunerii izoterme a austenitei suprarăcite din oțel eutectoid cu curbe de răcire suprapuse:

A – forma generala; b– structuri rezultate

Transformarea austenitei la temperaturi de 550°C și peste se numește transformare perlită, la 550°C ... M N - martensitic (M N - începutul, M K - sfârșitul transformării martensitice).

Transformare perlita.În intervalul de temperatură al transformării perlitei, structurile lamelare sunt formate din cristale de ferită și cementită, care diferă în gradul de dispersie a particulelor F și C.

Dispersia structurilor de perlite este estimată prin distanța interlamelară S a plăcilor de ferită și cementită învecinate (Fig. 39).

Pentru a nu confunda cementitul cu ferita, se folosește un gravant special - picrat de sodiu, care colorează negru cementitul. Ferita nu este colorată în acest caz, adică. rămâne luminos.

Orez. 39. Structura ferită-cementită

Dacă transformarea are loc la temperaturi de 650–670°C, atunci se formează perlita, S = 6 10 -4 mm.

La temperaturi de transformare de 640–590°C, se formează sorbitol,

S = 3 10 -4 mm.

La temperaturi de transformare de 580–550°С se formează troostita, S = 1´10 -4 mm.

După cum se poate observa din experiență, odată cu creșterea vitezei de răcire, boabele amestecului de ferită-cementită sunt zdrobite din ce în ce mai mult, ceea ce afectează dramatic proprietățile. De exemplu, perlit HB 2000, la sorbitol HB 3000. iar în troostită HB 4200, MPa.

Transformare intermediară (bainitică). Ca rezultat al transformării intermediare, beinite, care este o structură constând dintr-o soluție a-solidă oarecum suprasaturată cu carbon și particule de cementită. Transformarea bainitică combină elemente de perlită și transformări martensitice. Volumele îmbogățite și sărăcite în carbon se formează în austenită. Secțiunile sărăcite în carbon ale austenitei suferă o transformare fără difuzie (martensitică). În volume de austenită îmbogățită în carbon, at t= 400–550°C, particulele de cementită precipită. La t < 400°С частицы цементита выделяются в кристаллах a-фазы.

Bainitul format la temperaturi de 400–550°C se numește bainită superioară; are o structură pinnată cu proprietăți mecanice mai slabe (s redus în, KCUși d).

La temperaturi mai scăzute (sub 400°C) se formează bainită mai mică, are o structură aciculară cu caracteristici mecanice mai bune (s mai mari în, KCUși d).


Transformarea martensitică a austenitei. martensite este o soluție solidă suprasaturată de încorporare a carbonului în Fe α

Martensita se formează numai din austenită ca urmare a suprarăcirii puternice a acesteia din urmă la o viteză nu mai mică decât viteza critică de stingere ( V cr = - tangentă la diagramă, vezi fig. 38, A).

Plăcile (acele) de martensită se formează aproape instantaneu, cu o viteză mai mare de 1000 m/s, numai în interiorul grăunților de austenită și nu trec granița dintre boabe. Prin urmare, dimensiunea acelor de martensită depinde de mărimea boabelor de austenită. Cu cât boabele de austenită sunt mai fine, cu atât acele martensită sunt mai fine și structura este caracterizată ca martensită mare-aciculară sau fin-aciculară. Rețeaua de martensită este tetragonală, adică. perioade Cu > A(Fig. 40).

Orez. 40. Microstructura și rețeaua cristalină a martensitei

Mecanismul transformării martensitice este că la temperaturi sub M H rețeaua de austenită, care dizolvă bine carbonul (până la 2014% C), este instabilă și se rearanjează în rețeaua Fe α , capacitatea de a dizolva carbonul este foarte mică (până la 0,02%).

Datorită vitezei ridicate de răcire, tot carbonul din austenită (rețea fcc) rămâne fixat în Fe α (rățile bcc), unde nu există loc pentru plasarea acestuia. Prin urmare, excesul de carbon deformează rețeaua, provoacă tensiuni interne mari și, ca urmare, duritatea și rezistența cresc, în timp ce rezistența la impact și plasticitatea scad.

Transformarea austenitic-martensitică este însoțită de o creștere a volumului. Toate structurile din oțel pot fi dispuse (de la volum maxim la minim) pe următorul rând: martensită - troostită - sorbită - perlit - austenită.

Diferența față de transformarea perlitei:

1) rata de conversie mare;

2) transformare fără difuzie, adică fără eliberare prealabilă de carbon și formare de Fe3C;

3) transformarea începe în punctul M H și se termină în punctul M K, iar poziția acestor puncte depinde doar de compoziția chimică a aliajului;

4) în structura martensitei există întotdeauna o cantitate mică de austenită reziduală netransformată (până la 4%);

5) rețeaua de martensită este tetragonală ( A = b ¹ Cu).

Tipuri de tratament termic. Tratamentul termic este o astfel de operație tehnologică în care, prin încălzirea aliajului la o anumită temperatură, menținerea la această temperatură și răcirea ulterioară, modificări structurale care provoacă modificări ale proprietăților metalelor.

Tratamentul termic se efectuează de obicei în cazurile în care:

1) transformări polimorfe;

2) solubilitatea limitată și variabilă (crește cu temperatura) a unui component în altul în stare solidă;

3) modificarea structurii metalului sub influența deformării la rece.

Parametrii principali ai modurilor de tratament termic sunt: ​​temperatura și viteza de încălzire, timpul de menținere la o anumită temperatură, viteza de răcire.

Temperatura de încălzire a oțelului depinde de poziția punctelor critice, de tipul tratamentului termic și este atribuită pe baza analizei diagramei de stare a aliajului.

Viteza de încălzire depinde de compoziția chimică a aliajului, de dimensiunea și forma pieselor de prelucrat, de masa încărcăturii, de natura aranjamentului pieselor de prelucrat în cuptor, de tipul dispozitivului de încălzire etc.

Expunerea la o anumită temperatură este necesară pentru a finaliza transformările de fază care apar în metal, pentru a egaliza concentrația pe întregul volum al piesei. Timpul de încălzire (40) este suma timpului de încălzire proprie t n (2) și timpul de menținere t în:

t total= t n+ staniu (40)

unde t in se presupune a fi 1 min pe 1 mm de grosime pentru oțelurile carbon și 2 min pentru oțelurile aliate.

t n \u003d 0,1D K 1 K 2 K 3(41)

Unde D- dimensiunea celei mai mari secțiuni (caracteristică dimensională); K1- coeficientul mediului (pentru gaz - 2, sare - 1, metal - 0,5); K2- factor de formă (pentru o minge - 1, un cilindru - 2, o placă - 4, un paralelipiped - 2,5); K3- coeficient de încălzire uniformă (cuprinzător - 1, unilateral - 4).

Viteza de răcire depinde în principal de gradul de stabilitate a austenitei, adică. asupra compoziţiei chimice a oţelului, precum şi asupra structurii ce urmează a fi obţinută.

In functie de viteza de racire a otelului carbon se obtin urmatoarele structuri: ferita cu perlita, perlita, sorbitita, trostita, martensita.

Conform diagramei de stare a Fe-Fe 3 C, punctele de temperatură care formează linia PSK, notat DAR unu ; linia GS – A 3; linia ES – Și art. dacă se ia în considerare procesul de încălzire, atunci se pune o literă înaintea indexului digital DIN (DAR C1, DAR C3), iar dacă în caz de răcire r(A r h, A r 1).

Oțelurile carbon sunt supuse următoarelor tipuri de tratament termic: recoacere, normalizare, călire și revenire.

Recoacerea oțelului. Scopul recoacerii:

1) corectarea structurii după prelucrare la cald (forjare, turnare);

2) reducerea durității pentru a facilita tăierea;

3) eliminarea tensiunilor interne;

4) pregătirea structurii pentru tratarea termică ulterioară și ștanțarea la rece;

5) reducerea eterogenității chimice.

La recoacere completă, oțelul este încălzit deasupra liniei DAR C3 la 30–50°C, păstrat timpul necesar la această temperatură și apoi răcit lent, de regulă, împreună cu cuptorul (Fig. 41).

Când este încălzit deasupra punctului DAR Are loc recristalizarea C3, în urma căreia boabele sunt zdrobite, tensiunile interne sunt eliminate, iar oțelul devine moale și ductil. Oțelurile preeutectoide sunt supuse în mod predominant recoacerii complete.

Dacă aceste oţeluri sunt încălzite mai jos DAR Partea C3 din boabele de ferită rămâne în aceeași formă ca înainte de recoacere ( dimensiuni mari, forma lamelara), ceea ce duce la scaderea tenacitatii otelului.

La recoacere incompletă, oțelul este încălzit deasupra liniei DARС1 cu 30–50°С și după expunere se răcește lent împreună cu cuptorul. La recoacere incompletă are loc doar recristalizare parțială (perlit-austenită). Acest tip este utilizat pentru oțelurile hipereutectoide.

Încălzirea acestor oțeluri deasupra liniei A cu m (starea austenitică) este nepractică, deoarece cementita dizolvată în austenită în timpul răcirii ulterioare va fi eliberată de-a lungul limitelor granulelor de perlită sub formă de grilă, care reduce brusc ductilitatea și face oțelul fragil.

Recoacere prin difuzie (omogenizare) este utilizată pentru a egaliza neomogenitatea chimică a obiectului de cristal în piese turnate mari. Se efectuează la o temperatură de 1050–1150°C și cu expuneri mai lungi (10–18 ore).

Recoacerea prin recristalizare este utilizată pentru îndepărtarea întăririi și a tensiunilor interne din oțel după prelucrarea la rece prin presiune (laminare, ștanțare, trefilare etc.). Pentru oțelurile carbon, acest tip de recoacere se efectuează la o temperatură de 650–690°C. Ca urmare, duritatea scade și ductilitatea crește.

Răcirea pieselor de prelucrat în timpul diferitelor operațiuni de tratament termic se realizează la viteze diferite. În timpul recoacerii, răcirea trebuie să fie lentă, iar în timpul călirii unor oțeluri, dimpotrivă, foarte rapidă. Viteza de răcire este controlată prin utilizarea diferitelor medii de răcire.

Răcirea semifabricatelor cu un cuptor, acestea. foarte lent, foloseste în timpul recoacerii. Pentru toate celelalte operațiuni de tratament termic, răcirea se realizează într-un ritm mai rapid. Răcire cu aer folosit când normalizare, precum şi la călirea oţelurilor cu călibilitate foarte mare (oţeluri de călire cu aer).

Viteza minimă de răcire admisă în timpul călirii oțelurilor (cu cât viteza este mai mică, cu atât este mai mică valoarea tensiunilor de călire, vezi 11.6 și Fig. 11.16) este determinată de călibilitatea acestora. Cu cât este mai mare călibilitatea oțelului, cu atât răcirea de călire poate fi mai lentă (vezi Fig. 5.22), prin urmare, fluidele de călire sunt utilizate pentru diferite oțeluri, oferind viteze de răcire diferite.

Răcire (întărire) mediu ar trebui să asigure o viteză mare de răcire la temperaturi cu cea mai scăzută stabilitate a austenitei suprarăcite (650 ... ... 550 ° C, vezi Fig. 5.7) pentru a preveni degradarea acesteia. Dimpotrivă, în domeniul de temperatură al transformării martensitice (Mn...Mk), răcirea lentă este oportună pentru a reduce tensiunile de călire. Caracteristicile mediilor de călire cele mai utilizate în practica tratamentului termic sunt date în tabel. 15.2.

Tabelul 15.2

Viteza de răcire în diferite medii de întărire

Viteza de răcire, °С/s, la temperatură, °С

Emulsie

Ulei de mașină

Ulei de transformator

plăci de cupru

Soluție (10%) în apă

plăci de fier

Aerul este calm

Aer presurizat

Apă și soluții apoase sunt răcitoare ieftine și răspândite. Meritul lor este de mare viteză răcire în zona de stabilitate minimă a austenitei suprarăcite; dezavantajul este, de asemenea, o viteză mare de răcire în regiunea transformării martensitice (vezi Tabelul 15.2). Utilizarea acestor medii crește întăribilitatea, dar crește probabilitatea deformațiilor și fisurilor. Apa este folosită la călirea oțelurilor carbon.

Duritatea pestriță poate apărea atunci când este stins în apă (vezi 5.2.2). Pentru a preveni această căsătorie, soluțiile apoase de săruri și alcaline, care au o temperatură de vaporizare mai mare, sunt folosite ca lichide de stingere. Dar, în același timp, viteza de răcire crește brusc (vezi Tabelul 15.2), ceea ce determină magnitudinea mai mare a tensiunilor de călire.

Uleiuri in gama Mn...Mk, in comparatie cu apa, ele asigura o reducere semnificativa a vitezei de racire, ceea ce duce la scaderea tensiunilor de intarire si a deformarilor. Cu toate acestea, răcirea în intervalul de stabilitate minimă a austenitei suprarăcite încetinește (vezi Tabelul 15.2), astfel încât uleiurile sunt utilizate la călirea oțelurilor aliate cu călibilitate mai mare.

Emulsie de ulei în apă(emulsiile constau din minuscule picături de ulei suspendate în apă) și apa cu temperatura 30...40 °C reduc viteza de răcire în intervalul 650-550 °C (vezi Tabelul 15.2) și, prin urmare, probabilitatea de deformări, reducând în același timp călibilitatea. Aceste medii sunt folosite la călirea HDTV, când este necesară călirea doar a suprafeței piesei.

Pentru oţelurile cu călibilitate profundă, mediul de călire este aer - silențios, care asigură o viteză de răcire foarte lentă, sau sub presiune, atunci când este necesar să se răcească mai repede (vezi tabelul. 15.2). În ambele cazuri, tensiunile de călire sunt mici.

Răcirea sub plăci metalice apare și la viteze mici (vezi Tabelul 15.2). Această tehnologie combină călirea cu îndreptarea (corecția formei) și elimină practic deformarea.

Când întăriți piesele mari, utilizați amestecuri apă-aer. Acestea sunt alimentate piesei prin duze speciale. Capacitatea de răcire a amestecurilor poate fi reglată prin modificarea cantității de apă din acesta și a presiunii aerului.

Utilizați ca lichid de răcire soluții apoase de polimeri vă permite să schimbați viteza de răcire într-o gamă largă - între ratele de răcire în apă și în ulei. Sunt folosite pentru întărirea în vrac și a suprafeței.

Pentru multe oțeluri de structură, temperaturile Mn se situează în intervalul 170-330 °C. Pentru a lor întărire izotermă(efectuat prin mentinerea la o temperatura putin peste punctul Mn) utilizare sarea se topește.În special, este utilizat amestecul de NaNO3 (45%) și KNO3 (55%) deja considerat mai sus, care este eficient în intervalul 160...650 °C.

8 septembrie 2011

Modul de răcire în timpul călirii trebuie să asigure în primul rând adâncimea necesară de călire. Pe de altă parte, regimul de răcire ar trebui să fie astfel încât să nu aibă loc o întărire puternică, ceea ce duce la deformarea produsului și la formarea de fisuri de întărire.

Tensiunile de călire sunt formate din tensiuni termice și structurale. În timpul întăririi, există întotdeauna o diferență de temperatură pe secțiunea transversală a produsului. Diferența de contracție termică a straturilor exterior și interior în timpul perioadei de răcire determină apariția solicitărilor termice.

Transformarea martensitică este asociată cu o creștere a volumului cu câteva procente. Straturile de suprafață ating punctul martensitic mai devreme decât miezul produsului. Transformarea martensitică și creșterea de volum asociată nu au loc simultan în diferite puncte ale secțiunii transversale a produsului, ceea ce duce la apariția unor tensiuni structurale.

Tensiunile totale de călire cresc odată cu creșterea temperaturii de încălzire pentru călire și cu o creștere a vitezei de răcire, deoarece în ambele cazuri diferența de temperatură pe secțiunea transversală a produsului crește. O creștere a diferenței de temperatură duce la o creștere a tensiunilor termice și structurale.

Pentru oțeluri, tensiunile de călire sunt cel mai probabil să apară în intervalul de temperatură sub punctul martensită, când apar tensiuni structurale și se formează o fază fragilă, martensita. Deasupra punctului martensitic apar doar tensiuni termice, iar oțelul este în stare austenitică, iar austenita este ductilă.

După cum arată diagrama C, este necesară răcirea rapidă în regiunea cu cea mai scăzută stabilitate a austenitei suprarăcite. Pentru majoritatea oțelurilor, această regiune este în intervalul 660-400°C. Deasupra și sub acest interval de temperatură, austenita este mult mai rezistentă la degradare decât în ​​apropierea curbei C, iar produsul poate fi răcit relativ lent.

Răcirea lentă este deosebit de importantă pornind de la temperaturi de 300-400°C, la care se formează martensita în majoritatea oțelurilor. În timpul răcirii lente deasupra cotului curbei C, doar tensiunile termice scad, în timp ce în intervalul martensitic, atât tensiunile termice, cât și cele structurale scad.

Cele mai utilizate medii de stingere sunt apa rece, soluția apoasă 10% NaOH sau NaCl și uleiurile.

Viteza de răcire a oțelului în diverse medii

Tabelul arată vitezele de răcire ale specimenelor mici de oțel în două intervale de temperatură pentru diferite medii. Până în prezent, nu s-a găsit un astfel de lichid de stingere care să se răcească rapid în intervalul de temperatură al perlitei și lent în cel martensitic.

Apă rece- cel mai ieftin și mai energizant răcitor. Se răcește rapid atât în ​​intervalul de temperatură perlitic, cât și în cel martensitic. Capacitatea mare de răcire a apei se datorează temperaturii scăzute și căldurii enorme de fierbere, vâscozității scăzute și capacității termice relativ mari.

Adăugările de sare sau alcali măresc capacitatea de răcire a apei în domeniul perlitei.

Principala lipsă de apă— viteză mare de răcire în intervalul martensitic.

Uleiul mineral se răcește lent în intervalul martensitic (acesta este principalul său avantaj), dar se răcește lent și în domeniul perlit (acesta este principalul său dezavantaj). Prin urmare, uleiul este utilizat pentru călirea oțelurilor cu întărire bună.

Apa încălzită nu poate înlocui uleiul, deoarece încălzirea reduce brusc viteza de răcire în intervalul perlit, dar aproape că nu o schimbă în intervalul martensitic.

„Teoria tratamentului termic al metalelor”,
I.I. Novikov

Deoarece nu există un astfel de mediu de stingere care să ofere o răcire rapidă în intervalul de temperatură de 650-400 ° C și o răcire lentă peste și în principal sub acest interval, apoi aplicați diferite căiîntărire, asigurând regimul de răcire necesar. Călirea prin apă în ulei Călirea prin apă în ulei (stingerea în două medii): 1 - modul normal; ...


În multe oțeluri, intervalul martensitic (Mn - Mk) se extinde la temperaturi negative (vezi figura Dependența de temperatură). În acest caz, oțelul întărit conține austenită reziduală, care poate fi transformată în martensită prin răcirea produsului la temperaturi sub temperatura camerei. În esență, un astfel de tratament la rece (propus în 1937 de A.P. Gulyaev) continuă răcirea de stingere, întreruptă în cameră ...

Multe produse trebuie să aibă o duritate mare a suprafeței, o rezistență mare a stratului de suprafață și un miez dur. Această combinație de proprietăți la suprafață și în interiorul produsului se realizează prin întărirea suprafeței. Pentru întărirea la suprafață a unui produs din oțel, este necesar să se încălzească numai stratul de suprafață cu o grosime dată deasupra punctului Ac3. Această încălzire trebuie efectuată rapid și intens, astfel încât miezul, datorită conductivității termice, să nu se încălzească până la ...


Prin încălzire pentru călire Transformările în oțel la încălzire sunt descrise în Formarea austenitei la încălzire. Temperaturile de încălzire pentru călirea oțelurilor carbon pot fi selectate din diagrama de stare. Oțelurile hipoeutectoide sunt întărite de la temperaturi care depășesc punctul A3 cu 30 - 50 ° C. Oțelul cu granulație fină moștenită permite o încălzire mai mare. La supraîncălzirea oțelului cu granulație grosieră ereditar, întărirea conferă structura acului grosier ...


Calibilitatea și viteza critică de răcire La călirea pentru martensită, oțelul trebuie răcit de la temperatura de călire, astfel încât austenita, fără a avea timp să se descompună într-un amestec de ferită-carbură, să fie suprarăcită sub punctul Mn. Pentru aceasta, viteza de răcire a produsului trebuie să fie mai mare decât cea critică. Viteza critică de răcire (viteza critică de stingere) este viteza minimă la care austenita nu se dezintegrează încă în...

Tratamentul termic al oțelului face posibilă conferirea produselor, pieselor și semifabricatelor calitățile și caracteristicile necesare. În funcție de stadiul în care a fost efectuat tratamentul termic, piesele de prelucrat sunt mai prelucrabile, tensiunile reziduale sunt îndepărtate de pe piese și performanța este îmbunătățită pentru piese.

Tehnologia de tratare termică a oțelului este un set de procese: încălzire, menținere și răcire pentru a modifica structura internă a metalului sau a aliajului. În acest caz, compoziția chimică nu se modifică.

Astfel, rețeaua moleculară a oțelului carbon la o temperatură de cel mult 910°C este un cub centrat pe corp. Când este încălzită peste 910°C până la 1400°C, rețeaua ia forma unui cub centrat pe față. Încălzirea suplimentară transformă cubul în centrare pe corp.

Esența tratamentului termic al oțelurilor este modificarea mărimii granulelor structurii interne a oțelului. Respectarea strictă a regimului de temperatură, timp și viteză în toate etapele, care depind direct de cantitatea de carbon, elemente de aliere și impurități care reduc calitatea materialului. În timpul încălzirii, apar modificări structurale, care apar în ordine inversă în timpul răcirii. Figura arată ce transformări apar în timpul tratamentului termic.

Scopul tratamentului termic

Tratamentul termic al oțelului se efectuează la temperaturi apropiate de punctele critice. Iată ce se întâmplă:

  • cristalizarea secundară a aliajului;
  • trecerea fierului gamma la starea de fier alfa;
  • tranziția particulelor mari în plăci.

Structura internă a unui amestec în două faze afectează direct performanța și ușurința procesării.

Scopul principal al tratamentului termic este de a conferi oțelurilor:

  • În produsele finite:
    1. putere;
    2. rezistenta la uzura;
    3. rezistență la coroziune;
    4. rezistență la căldură.
  • In pregatiri:
    1. eliberarea tensiunilor interne
      • turnare;
      • ștanțare (la cald, la rece);
      • Desen în profunzime;
    2. creșterea plasticității;
    3. facilitarea tăierii.

Tratamentul termic se aplică următoarelor tipuri de oțel:

  1. Carbon și aliaj.
  2. Cu conținut diferit de carbon, de la carbon scăzut 0,25% până la carbon ridicat 0,7%.
  3. Structural, special, instrumental.
  4. Orice calitate.

Clasificare și tipuri de tratament termic

Parametrii fundamentali care afectează calitatea tratamentului termic sunt:

  • timpul de încălzire (viteza);
  • temperatura de incalzire;
  • timp de menținere la o anumită temperatură;
  • timpul de răcire (intensitate).

Schimbând aceste moduri, puteți obține mai multe tipuri de tratament termic.

Tipuri de tratament termic al oțelului:

  • Recoacerea
    1. eu - fel:
      • omogenizare;
      • recristalizare;
      • izotermic;
      • eliminarea tensiunilor interne și reziduale;
    2. II - fel:
      • deplin;
      • incomplet;
  • întărire;
  • Concediu de odihna:
    1. mic de statura;
    2. in medie;
    3. înalt.
  • Normalizare.

Concediu de odihna

Călirea în inginerie mecanică este utilizată pentru a reduce forța tensiunilor interne care apar în timpul călirii. Duritatea ridicată face ca produsele să fie fragile, prin urmare, călirea este utilizată pentru a crește rezistența la impact și a reduce rigiditatea și fragilitatea oțelului.

1. Vacanță scăzută

Revenirea scăzută se caracterizează prin structura internă a martensitei, care, fără a reduce duritatea, crește duritatea. Uneltele de măsurare și tăiere sunt supuse acestui tratament termic. Moduri de procesare:

  • Încălzirea la o temperatură - de la 150°С, dar nu mai mare de 250°С;
  • păstrare - o oră și jumătate;
  • răcire - aer, ulei.

2. Vacanta medie

Pentru călire medie, transformarea martensitei în trostită. Duritatea este redusă la 400 HB. Vâscozitatea crește. Piesele care lucrează cu sarcini elastice semnificative sunt supuse acestei căliri. Moduri de procesare:

  • încălzire la o temperatură - de la 340°С, dar nu mai mare de 500°С;
  • răcirea este aer.

3. Concediu mare

Cu temperare ridicată, sorbitolul cristalizează, ceea ce elimină tensiunile din rețeaua cristalină. Se realizează piese responsabile cu rezistență, plasticitate, vâscozitate.

Moduri de procesare:

Încălzire până la temperatură - de la 450°С, dar nu mai mare de 650°С.

Recoacerea

Aplicația permite obținerea unei structuri interne omogene fără solicitări ale rețelei cristaline. Procesul se desfășoară în următoarea secvență:

  • încălzire la o temperatură puțin peste punctul critic, în funcție de calitatea oțelului;
  • expunere cu menținerea constantă a temperaturii;
  • răcire lentă (de obicei răcirea are loc împreună cu cuptorul).

1. Omogenizare

Omogenizarea, cunoscută și sub denumirea de recoacere prin difuzie, restabilește segregarea neuniformă a pieselor turnate. Moduri de procesare:

  • încălzire la o temperatură - de la 1000°С, dar nu mai mare de 1150°С;
  • expunere - 8-15 ore;
  • răcire:
    • cuptor - până la 8 ore, temperatura scade la 800°C;
    • aer.

2. Recristalizare

Recristalizarea, altfel recoacerea scăzută, se folosește după prelucrarea prin deformare plastică, care provoacă întărirea prin modificarea formei boabelor (călire). Moduri de procesare:

  • încălzire la o temperatură - peste punctul de cristalizare cu 100°С-200°С;
  • învechire - ½ - 2 ore;
  • răcirea este lentă.

3. Recoacere izotermă

Oțelurile aliate sunt supuse recoacerii izoterme pentru ca austenita să se descompună. Moduri de tratament termic:

  • încălzire la o temperatură - 20 ° C - 30 ° C deasupra punctului;
  • păstrarea;
  • răcire:
    • rapid - nu mai puțin de 630 ° С;
    • lent - la temperaturi pozitive.

4. Recoacere pentru eliberare de stres

Îndepărtarea tensiunilor interne și reziduale prin recoacere se utilizează după sudare, turnare, prelucrare. Odată cu impunerea sarcinilor de lucru, piesele sunt distruse. Moduri de procesare:

  • încălzire la o temperatură de - 727°C;
  • învechire - până la 20 de ore la o temperatură de 600 ° C - 700 ° C;
  • răcirea este lentă.

5. Recoacerea completă

Recoacere completă face posibilă obținerea unei structuri interne cu granule fine, care include ferită cu perlită. Recoacere completă este utilizată pentru semifabricate turnate, forjate și ștanțate, care vor fi prelucrate în continuare prin tăiere și călire.

Moduri de procesare:

  • temperatura de încălzire - 30°С-50°С deasupra punctului;
  • extras;
  • răcire până la 500°С:
    • oțel carbon - scăderea temperaturii pe oră nu este mai mare de 150 ° C;
    • oțel aliat - scăderea temperaturii pe oră nu este mai mare de 50°C.

6. Recoacere parțială

Cu recoacere incompletă, perlita lamelară sau grosieră este transformată într-o structură granulară feritic-cementită, care este necesară pentru sudurile obținute prin sudarea cu arc electric, precum și pentru oțelurile de scule și piesele din oțel supuse unor astfel de metode de prelucrare, a căror temperatură nu provoacă. creșterea granulelor structurii interne.

Moduri de procesare:

  • încălzire la o temperatură - deasupra punctului sau, peste 700 ° C cu 40 ° C - 50 ° C;
  • îmbătrânire - aproximativ 20 de ore;
  • răcirea este lentă.

întărire

Otelurile sunt folosite pentru:

  • Amplificare:
    1. duritate;
    2. putere;
    3. rezistenta la uzura;
    4. limita elastica;
  • Reduceri:
    1. plasticitate;
    2. modul de forfecare;
    3. limita de compresie.

Esența întăririi este răcirea cât mai rapidă posibilă a unei piese încălzite în diferite medii. Căldura este produsă cu și fără modificări polimorfe. Modificările polimorfe sunt posibile numai în acele oțeluri în care există elemente capabile de transformare.

Un astfel de aliaj este încălzit la o temperatură la care rețeaua cristalină a elementului polimorf suferă modificări, crescând astfel solubilitatea materialelor de aliere. Pe măsură ce temperatura scade, rețeaua își schimbă structura datorită excesului de element de aliere și capătă o structură aciculară.

Imposibilitatea modificărilor polimorfe în timpul încălzirii se datorează solubilității limitate a unui component în altul la o viteză rapidă de răcire. Există puțin timp pentru difuzare. Rezultă o soluție cu un exces de componentă nedizolvată (metastabilă).

Pentru a crește viteza de răcire a oțelului, astfel de medii sunt utilizate ca:

  • apă;
  • soluții de sare pe bază de apă;
  • ulei tehnic;
  • gaze inerte.

Comparând modul de viteză de răcire a produselor din oțel în aer, răcirea în apă de la 600°C este de șase ori mai rapidă, iar de la 200°C în ulei de 28 de ori mai rapidă. Sărurile dizolvate cresc capacitatea de întărire. Dezavantajul utilizării apei este apariția fisurilor în locurile în care se formează martensita. Ulei tehnic folosit pentru întărirea aliajelor, dar arde la suprafață.

Metalele folosite la fabricarea produselor medicale nu trebuie să aibă pelicule de oxid, astfel încât răcirea are loc într-un mediu cu aer rarefiat.

Pentru a scăpa complet de austenita, din cauza căreia oțelul este foarte fragil, produsele sunt supuse unei răciri suplimentare la temperaturi de la -40°C la -100°C într-o cameră specială. Puteți folosi și acid carbonic amestecat cu acetonă. O astfel de prelucrare crește precizia pieselor, duritatea și proprietățile magnetice ale acestora.

Dacă piesele nu necesită tratament termic în vrac, doar stratul de suprafață este încălzit la instalațiile HDTV (curenți de înaltă frecvență). În acest caz, adâncimea tratamentului termic este de la 1 mm la 10 mm, iar răcirea are loc în aer. Ca rezultat, stratul de suprafață devine rezistent la uzură, iar mijlocul este vâscos.

Procesul de întărire presupune încălzirea și menținerea produselor din oțel la o temperatură care atinge aproximativ 900 ° C. La această temperatură, oțelurile cu un conținut de carbon de până la 0,7% au o structură de martensită, care, la tratamentul termic ulterior, se va transforma în structura necesară cu aspectul calităților dorite.

Normalizare

Formează o structură cu granule fine. Pentru oțelurile cu conținut scăzut de carbon, aceasta este o structură ferită-perlită, pentru oțelurile aliate, este asemănătoare sorbitului. Duritatea rezultată nu depășește 300 HB. Normalizarea trece oteluri laminate la cald. În același timp, acestea cresc:

  • rezistența la rupere;
  • performanța de procesare;
  • putere;
  • viscozitate.

Moduri de procesare:

  • există încălzire la o temperatură - 30 ° C-50 ° C deasupra punctului;
  • menținerea într-un coridor de temperatură dat;
  • răcire - în aer liber.

Avantajele tratamentului termic

Tratamentul termic al otelului este proces tehnologic, care a devenit un pas obligatoriu in obtinerea de seturi de piese din otel si aliaje cu calitatile dorite. Acest lucru vă permite să obțineți o mare varietate de moduri și metode de expunere termică. Tratamentul termic este utilizat nu numai pentru oțeluri, ci și pentru metale neferoase și aliaje pe bază de acestea.

Oțelurile fără tratament termic sunt utilizate numai pentru construcția de structuri metalice și fabricarea de piese necritice, a căror durată de viață este scurtă. Nu există cerințe suplimentare pentru ei. Funcționarea de zi cu zi, dimpotrivă, impune cerințe mai dure, motiv pentru care utilizarea tratamentului termic este de preferat.

În oțelurile netratate termic, uzura abrazivă este mare și este proporțională cu duritatea proprie, care depinde de compoziția elementelor chimice. Deci, matrițele matrițelor necălite sunt bine combinate atunci când se lucrează cu poansonuri călite.