Structura și proprietățile oțelului întărit depind în mare măsură 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, este posibil să o suprarăciți la temperaturi foarte scăzute și să o transformați în diferite structuri cu proprietăți diferite. Transformarea austenitei suprarăcite poate avea loc atât în ​​timpul răcirii continue, cât și izotermic, în timpul expunerii 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 coordonate temperatură-timp. Ca exemplu, luați în considerare o astfel de diagramă pentru oțel cu compoziție eutectoidă (Figura 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 Figura 3) prezintă două linii în formă de litera „C”, așa-numitele „curbe C”. Unul dintre ele (stânga) indică momentul începerii descompunerii austenitei suprarăcite la diferite temperaturi, celălalt (dreapta) indică momentul încheierii descompunerii în regiunea situată în stânga liniei începutului descompunere, există austenită suprarăcită. Între curbele C există atât austenită, cât și produșii ei de descompunere. În cele din urmă, în dreapta liniei de sfârșit de degradare, 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 cu dispersie variabilă. Cu gradul crescând de suprarăcire în conformitate cu legi generale cristalizare, numărul de centri crește. Dimensiunea cristalelor rezultate 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 însăși perlită. Structura perlitei este stabilă, adică neschimbat în timp la temperatura camerei.

Toate celelalte structuri s-au format la temperaturi mai scăzute, de ex. atunci când austenita este suprarăcită, 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 sorbitol.

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

Când austenita este suprarăcită la temperaturi de 550...MN, se descompune cu formarea de bainită. Această transformare se numește intermediară, deoarece, spre deosebire de perlita, are loc parțial prin așa-numitul mecanism martensitic, ducând la formarea unui amestec de cementită și ferită oarecum suprasaturată cu carbon. Structura bainitică se caracterizează prin duritate mare 450...550 HB.

Fig.4 Diagrama descompunerii austenitei pentru oțelurile hipoeutectoide (a) și 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 se separe de austenită. Eliberarea acestor structuri în exces are loc numai în timpul hipotermiei ușoare. Cu o suprarăcire semnificativă, austenita se transformă fără precipitarea prealabilă a feritei sau cementitei În acest caz, conținutul de carbon din amestecul rezultat diferă de cel eutectoid.

În cazul răcirii continue a austenitei la viteze diferite, transformarea acesteia se dezvoltă nu la o temperatură constantă, ci într-un anumit interval de temperatură. Pentru a determina structurile obținute în timpul răcirii continue, să 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 răcirea împreună cu cuptorul (de exemplu, în timpul recoacerii), se obține o structură de perlită. La viteza V2 (în aer), transformarea are loc la temperaturi ceva mai scăzute. Se formează o structură de perlită, 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 agent de înmuiere.

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

La viteza V3 (răcire în ulei), transformarea austenitei are loc la temperaturi care asigură formarea unei structuri de sorbitol, iar uneori a unei structuri de trostită.

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, această viteză de răcire este asigurată, de exemplu, de apă

În general, viteza minimă de răcire la care toată austenita este suprarăcită la o temperatură de 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 caracteristicile tehnologice oţel. 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. De exemplu, pentru unele oțeluri aliate, chiar și răcirea în aer oferă o viteză mai mare decât cea critică.

La întărirea la martensită, este necesar să se țină cont 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 conduc la deformarea sau chiar formarea de fisuri. Toate acestea, combinate cu fragilitatea crescută a martensitei, necesită un tratament termic suplimentar al pieselor întărite - operație de revenire

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

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

O – vedere generală; b– structuri rezultate

Transformarea austenitei la temperaturi de 550°C si peste se numeste transformare perlita, la 550°C...M H - martensitic (M H - inceput, M K - sfarsitul transformarii martensitice).

Transformare perlita.În intervalul de temperatură al transformării perlitei, se formează structuri lamelare ale cristalelor de ferită și cementită, care diferă în gradul de dispersie a particulelor F și C.

Dispersitatea structurilor de perlite este evaluată prin distanța interplacă S a plăcilor adiacente de ferită și cementită (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. ramane usoara.

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°C 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. Deci, de exemplu, perlit NV 2000, pentru sorbitol NV 3000. iar pentru troostite NV 4200, MPa.

Transformare intermediară (bainite). Ca rezultat al transformării intermediare, bainita, care este o structură constând dintr-o soluție a-solidă oarecum suprasaturată cu particule de carbon și cementită. Transformarea bainitei combină elemente de transformări perlite și martensite. Volumele îmbogățite și sărăcite în carbon se formează în austenită. Zonele sărăcite în carbon ale austenitei suferă o transformare fără difuzie (martensitică). În volume de austenită îmbogățită cu carbon, at t= 400–550°C, se eliberează particule de cementită. 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 plumoasă cu proprietăți mecanice mai proaste (s inferioară; KCUși d).

La temperaturi mai scăzute (sub 400°C), se formează bainita inferioară, are o structură asemănătoare unui ac cu caracteristici mecanice mai bune (s in mare; KCUși d).


Transformarea martensitică a austenitei. martensite este o soluție solidă suprasaturată de carbon interstițial 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 kr = – tangentă la diagramă, vezi fig. 38, O).

Plăcile martensitice (ace) se formează aproape instantaneu, cu o viteză mai mare de 1000 m/s, numai în interiorul bobului 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 de martensită sunt mai mici și structura este caracterizată ca martensită cu ac grosier sau cu ac fin. Rețeaua de martensită este tetragonală, adică. perioade Cu > O(Fig. 40).

Orez. 40. Microstructura și rețeaua cristalină a martensitei

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

Datorită vitezei ridicate de răcire, tot carbonul aflat în austenită (fcc rețea) rămâne fixat în Fe α (bcc rețea), unde nu există loc pentru plasarea lui. Prin urmare, excesul de carbon deformează rețeaua, provoacă apariția unor tensiuni interne mari și, ca urmare, duritatea și rezistența cresc, în timp ce duritatea și ductilitatea 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 – sorbitol – perlită – austenită.

Diferența față de transformarea perlitei:

1) rata de conversie mare;

2) transformarea este lipsită de difuzie, i.e. 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 ( O = b ¹ Cu).

Tipuri de tratament termic. Tratamentul termic este o operație tehnologică în care aliajul este încălzit la o anumită temperatură, menținut la această temperatură și apoi răcit. modificări structurale, provocând 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, durata expunerii 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 unei analize a diagramei de stare a aliajului.

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

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

ttot= t n+ t in (40)

unde t in se ia egal cu 1 min la 1 mm de grosime pentru oțelurile carbon și 2 min pentru oțelurile aliate.

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

Unde D– dimensiunea celei mai mari secțiuni (caracteristici dimensionale); K 1– coeficient mediu (pentru gaz – 2, sare – 1, metal – 0,5); K2– coeficient de formă (pentru o minge – 1, cilindru – 2, placă – 4, paralelipiped – 2,5); K 3– coeficient de încălzire uniformă (universal – 1, unilateral – 4).

Viteza de răcire depinde în principal de gradul de stabilitate al austenitei, adică. asupra compoziției chimice a oțelului, precum și asupra structurii care trebuie obținută.

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

Conform diagramei de fază Fe-Fe 3 C, punctele de temperatură care formează linia PSK, sunt desemnate O 1; linia G.S. – O 3; linia ES – A art. dacă se ia în considerare procesul de încălzire, atunci litera este plasată în fața indexului digital CU (O C1, O C3), iar dacă în caz de răcire r(A r h, Ar 1).

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

Oțel de recoacere. Scopul recoacerii:

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

2) reducerea durității pentru a facilita tăierea;

3) ameliorarea stresului intern;

4) pregătirea structurii pentru tratamentul termic ulterior și ștanțarea la rece;

5) reducerea eterogenității chimice.

Când este complet recoaptă, oțelul se încălzește deasupra liniei O C3 la 30–50°C, menținut timpul necesar la această temperatură și apoi răcit lent, de regulă, împreună cu cuptorul (Fig. 41).

Când este încălzit deasupra punctului O Are loc recristalizarea C3, în urma căreia boabele sunt zdrobite, tensiunile interne sunt eliminate, iar oțelul devine moale și vâscos. Oțelurile hipoeutectoide sunt supuse preponderent recoacerii complete.

Dacă aceste oţeluri sunt încălzite mai jos O Partea C3 din boabele de ferită rămâne în aceeași formă în care era înainte de recoacere ( dimensiuni mari, formă de placă), ceea ce duce la o scădere a durității oțelului.

Cu recoacerea incompletă, oțelul se încălzește deasupra liniei O C1 la 30–50°C și după ce se ține 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 O cu m (starea austenitică) este nepractică, deoarece cementitul dizolvat în austenită în timpul răcirii ulterioare va fi eliberat de-a lungul granițelor de perlită sub formă de rețea, care reduce brusc ductilitatea și face oțelul fragil.

Recoacere prin difuzie (omogenizare) este utilizată pentru a uniformiza eterogenitatea chimică într-un obiect 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 la rece și a tensiunilor interne din oțel după tratarea la presiune la rece (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 operații de tratament termic se realizează la viteze diferite. La recoacere, racirea trebuie sa fie lenta, dar la intarirea unor oteluri, dimpotriva, ar trebui sa fie foarte rapida. Viteza de răcire este controlată prin utilizarea diferitelor medii de răcire.

Răcirea pieselor de prelucrat cu un cuptor, aceste. foarte lent, foloseste în timpul recoacerii. Pentru toate celelalte operațiuni de tratament termic, răcirea se realizează cu o viteză mai mare. Răcire cu aer folosit pentru normalizare, precum şi la călirea oţelurilor cu călibilitate foarte mare (oţeluri de călire cu aer).

Viteza minimă de răcire admisă la călirea oțelurilor (cu cât viteza este mai mică, cu atât efortul de călire este mai mic, vezi 11.6 și Fig. 11.16) este determinată de călibilitatea lor. Cu cât este mai mare călibilitatea oțelului, cu atât poate fi efectuată răcirea cu călire mai lentă (vezi Fig. 5.22), prin urmare, pentru diferite oțeluri, se folosesc lichide de călire care asigură viteze de răcire diferite.

Răcire (stingere) mediu ar trebui să asigure o viteză mare de răcire la temperaturi de cea mai scăzută stabilitate a austenitei suprarăcite (650... ...550 °C, vezi Fig. 5.7) pentru a preveni dezintegrarea acesteia. Dimpotrivă, în intervalul de temperatură al transformării martensitice (Mn...Mk), se recomandă răcirea lentă 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 călire

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

Emulsie

Ulei de mașină

Ulei de transformator

Plăci de cupru

Soluție (10%) în apă

Plăci de fier

Aerul este calm

Aer sub presiune

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

La stingerea în apă, poate apărea duritate neregulată (vezi 5.2.2). Pentru a preveni acest defect, ca lichide de stingere se folosesc soluții apoase de săruri și alcaline, care au o temperatură de vaporizare mai mare. Dar, în același timp, viteza de răcire crește brusc (vezi Tabelul 15.2), ceea ce determină valoarea mai mare a tensiunilor de călire.

Uleiuriîn intervalul Mn...Mk asigură o reducere semnificativă a vitezei de răcire în comparație cu apă, ceea ce duce la o scădere a tensiunilor de călire și a deformațiilor. 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 ulei in apa(emulsiile constau din mici picături de ulei suspendate în apă) și apa cu temperatura 30...40 °C reduce viteza de răcire în intervalul 650-550 °C (vezi Tabelul 15.2) și, prin urmare, probabilitatea de deformare, reducând în același timp călibilitatea. Aceste medii sunt folosite pentru călirea de înaltă frecvență, atunci când este necesară călirea doar a suprafeței piesei.

Pentru oțelurile cu întărire profundă, se utilizează ca mediu de călire. aer - silențios, care asigură o viteză de răcire foarte scăzută, sau sub presiune, atunci când este necesar să se răcească mai repede (vezi Tabelul 15.2). În ambele cazuri, tensiunile de călire sunt scăzute.

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.

La călirea pieselor de dimensiuni mari, utilizați amestecuri apă-aer. Acestea sunt furnizate 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 utilizate pentru călirea volumetrică și de suprafață.

Pentru multe oțeluri de structură, temperaturile Mn se află în intervalul 170-330 °C. Pentru ei întărire izotermă(efectuat prin mentinerea la o temperatura putin peste punctul Mn) utilizare săruri topite.În special, este utilizat amestecul de NaNO3 (45%) și KNO3 (55%) deja discutat mai sus, operabil în intervalul 160...650 °C.

8 septembrie 2011

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

Tensiunile de călire constau din tensiuni termice și structurale. În timpul întăririi, apare întotdeauna o diferență de temperatură pe secțiunea transversală a produsului. Mărimea diferită a compresiei termice 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 asociată în volum nu au loc în diferite puncte ale secțiunii transversale a produsului simultan, 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 martensitic, 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 mică 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 piesa de prelucrat poate fi răcită relativ lent.

Răcirea lentă este deosebit de importantă, începând de la temperaturi de 300 - 400 ° C, la care se formează martensita în majoritatea oțelurilor. Odată cu răcirea lentă deasupra cotului curbei C, doar tensiunile termice scad, iar în domeniul martensitic scad atât tensiunile termice, cât și cele structurale.

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

Viteza de răcire a oțelului în medii diferite

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

Apă rece- cel mai ieftin și mai energizant răcitor. Se răcește rapid atât în ​​intervalele de temperatură perlită, cât și în martensită. Capacitatea mare de răcire a apei se explică prin temperatura sa scăzută și căldura enormă de fierbere, vâscozitatea scăzută și capacitatea termică relativ mare.

Adăugările de sare sau alcali măresc capacitatea de răcire a apei în intervalul perlit.

Principalul dezavantaj al apei— viteză mare de răcire în domeniul martensitic.

Uleiul mineral se răcește lent în domeniul 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 călibilitate 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 mediu de întărire care să asigure o răcire rapidă în intervalul de temperatură 650 - 400 ° C și o răcire lentă peste și în principal sub acest interval, se folosesc diverse moduriîntărire, oferind modul de răcire necesar. Călirea prin apă în ulei Călirea prin apă în ulei (stingerea în două medii): 1 - modul normal;...


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

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 a întări la suprafață un produs din oțel, este necesar să se încălzească deasupra punctului Ac3 numai stratul de suprafață cu o grosime dată. Această încălzire trebuie făcută rapid și intens pentru ca miezul, din cauza conductibilității termice, să nu se încălzească nici până la...


Prin încălzire pentru călire Transformările în oțel în timpul încălzirii sunt descrise în Formarea austenitei în timpul încălzirii. Temperaturile de încălzire pentru călirea oțelurilor carbon pot fi selectate conform diagramei de stare. Oțelurile hipoeutectoide sunt întărite la temperaturi care depășesc punctul A3 cu 30 - 50 °C. Oțelul cu granulație fină în mod inerent permite o încălzire mai mare. Când oțelul cu granulație grosieră ereditar este supraîncălzit, călirea dă o structură de ac grosier...


Calibilitatea și viteza critică de răcire La călirea la 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 a face acest lucru, 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 descompune încă în...

Tratamentul termic al oțelului vă permite să oferiți produselor, pieselor și pieselor de prelucrat calitățile și caracteristicile necesare. În funcție de stadiul în care a fost efectuat tratamentul termic, prelucrabilitatea pieselor de prelucrat crește, tensiunile reziduale sunt îndepărtate de pe piese, iar calitățile de performanță ale pieselor cresc.

Tehnologia de tratare termică a oțelului este un set de procese: încălzire, menținere și răcire cu scopul de a schimba structura internă a metalului sau 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 într-unul centrat pe corp.

Esența tratamentului termic al oțelurilor este o modificare a mărimii granulelor structurii interne a oțelului. Respectarea strictă a condițiilor 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 la răcire au loc în ordine inversă. 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 da oțeluri:

  • În produsele finite:
    1. rezistenţă;
    2. rezistenta la uzura;
    3. rezistență la coroziune;
    4. rezistenta la caldura.
  • În spații libere:
    1. ameliorarea stresului intern după
      • turnare;
      • ștanțare (la cald, la rece);
      • embotire adâncă;
    2. plasticitate crescută;
    3. facilitarea tăierii.

Tratamentul termic se aplică următoarelor tipuri de oțel:

  1. Carbon și aliaj.
  2. Cu conținuturi variate de carbon, de la un conținut scăzut de carbon 0,25% la un conținut ridicat de carbon 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;
  • durata de păstrare 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;
  • Vacanţă:
    1. scurt;
    2. medie;
    3. ridicat.
  • Normalizare.

Vacanţă

Călirea în inginerie mecanică este utilizată pentru a reduce rezistența tensiunilor interne care apar în timpul călirii. Duritatea ridicată face ca produsele să fie casante, astfel încât revenirea este utilizată pentru a crește rezistența la impact și pentru a reduce duritatea și fragilitatea oțelului.

1. Vacanța este scăzută

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

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

2. Vacanta medie

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

  • încălzire la o temperatură de 340°C, dar nu mai mare de 500°C;
  • răcire - aer.

3. Eliberare mare

Cu temperare ridicată, sorbitolul cristalizează, ceea ce elimină stresul din rețeaua cristalină. Sunt fabricate piese critice care au rezistență, ductilitate și tenacitate.

Moduri de procesare:

Încălzire la o temperatură de 450°C, dar nu mai mare de 650°C.

Recoacerea

Aplicația face posibilă obținerea unei structuri interne omogene fără stres asupra rețelei cristaline. Procesul se desfășoară în următoarea secvență:

  • încălzire la o temperatură puțin peste punctul critic, în funcție de calitatea oțelului;
  • menținerea 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°C, dar nu mai mare de 1150°C;
  • expunere – 8-15 ore;
  • răcire:
    • cuptor – până la 8 ore, scăderea temperaturii la 800°C;
    • aer.

2. Recristalizare

Recristalizarea, altfel recoacerea scăzută, se utilizează după tratamentul de deformare plastică, care provoacă întărirea prin modificarea formei granulelor (călire). Moduri de procesare:

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

3. Recoacere izotermă

Oțelurile aliate sunt supuse recoacerii izoterme pentru a provoca descompunerea austenitei. Moduri de tratament termic:

  • încălzire la o temperatură de 20°C - 30°C deasupra punctului;
  • deţinere;
  • răcire:
    • rapid – nu mai mic de 630°C;
    • lent – ​​la temperaturi pozitive.

4. Recoacere pentru a elimina stresul

Îndepărtarea tensiunilor interne și reziduale prin recoacere este utilizată după sudare, turnare și prelucrare. Odată cu aplicarea sarcinilor de lucru, piesele sunt supuse distrugerii. Moduri de procesare:

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

5. Recoacere completă

Recoacere completă face posibilă obținerea unei structuri interne cu granule fine, care conține ferită și perlită. Recoacerea completă este utilizată pentru piesele turnate, forjate și ștanțate, care ulterior vor fi prelucrate prin tăiere și supuse călirii.

Moduri de procesare:

  • temperatura de încălzire – 30°C-50°C deasupra punctului;
  • extras;
  • racire la 500°C:
    • 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 incompletă

La recoacere incompletă, perlita lamelară sau grosieră este transformată într-o structură de granule ferită-cementită, necesară pentru sudurile produse prin sudarea cu arc electric, precum și pentru oțelurile de scule și piesele din oțel supuse unor metode de prelucrare a căror temperatură nu provoacă creșterea granulelor. structura internă.

Moduri de procesare:

  • încălzire la o temperatură peste punctul sau peste 700°C cu 40°C - 50°C;
  • întărire - aproximativ 20 de ore;
  • răcirea este lentă.

întărire

Otelurile sunt folosite pentru:

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

Esența călirii este cea mai rapidă răcire a unei piese bine încălzite în diferite medii. Încălzirea se realizează cu și fără modificări polimorfe. Modificările polimorfe sunt posibile numai în acele oțeluri care conțin elemente capabile de transformare.

Un astfel de aliaj este încălzit la o temperatură la care rețeaua cristalină a elementului polimorf suferă modificări, din cauza cărora solubilitatea materialelor de aliere crește. Pe măsură ce temperatura scade, rețeaua își schimbă structura datorită unui exces de element de aliere și capătă o structură asemănătoare unui ac.

Imposibilitatea modificărilor polimorfe în timpul încălzirii se datorează solubilității limitate a unei componente în alta 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, se folosesc următoarele medii:

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

Comparând viteza de răcire a produselor din oțel în aer, răcirea în apă de la 600°C are loc de șase ori mai rapid, iar de la 200°C în ulei de 28 de ori mai rapid. Sărurile dizolvate cresc capacitatea de întărire. Dezavantajul utilizării apei este apariția fisurilor în locurile în care se formează martensite. Ulei tehnic folosit pentru întărirea aliajelor de aliaj, dar se lipește de suprafață.

Metalele utilizate la fabricarea produselor medicale nu trebuie să aibă o peliculă de oxizi, astfel încât răcirea are loc într-un mediu cu aer rarefiat.

Pentru a scăpa complet de austenita, care provoacă fragilitate mare în oțel, 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. Această prelucrare mărește precizia pieselor, duritatea acestora și proprietățile magnetice.

Dacă piesele nu necesită tratament termic volumetric, numai stratul de suprafață este încălzit folosind instalații HDF (curent de înaltă frecvență). În acest caz, adâncimea tratamentului termic variază de la 1 mm la 10 mm, iar răcirea are loc în aer. Ca urmare, stratul de suprafață devine rezistent la uzură, iar mijlocul este vâscos.

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

Normalizare

Formează o structură cu granulație fină. Pentru oțelurile cu conținut scăzut de carbon, aceasta este o structură ferită-perlită, pentru oțelurile aliate este o structură asemănătoare sorbitolului. Duritatea rezultată nu depășește 300 HB. Sunt supuse normalizării oțel laminat la cald. În același timp, acestea cresc:

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

Moduri de procesare:

  • încălzirea are loc la o temperatură de 30°C-50°C deasupra punctului;
  • menținerea într-un interval dat de temperatură;
  • răcire - în aer liber.

Beneficiile tratamentului termic

Tratamentul termic al oțelului este proces, care a devenit o etapă obligatorie în obținerea de seturi de piese din oțel și aliaje cu calități specificate. Acest lucru poate fi realizat printr-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 sunt prezentate cerințe suplimentare. Funcționarea de zi cu zi, dimpotrivă, dictează cerințe mai stricte, motiv pentru care utilizarea tratamentului termic este de preferat.

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