|
Термообработка
Описание : реферат по термообработке .
Здавался в МИСИС на физикохимическом факультете . Подробно смотри план :
План
реферата .
1. Введение.
2. Гомогенизационный отжиг.
3. Дорекристаллизационный и
рекристаллизационный отжиг.
3.1. Смягчающий отжиг.
3.2. Упрочняющий отжиг.
4. Отжиг,уменьшающий напряжения.
5. Факторы , влияющие на перлитно-аустенитное
превращение.
6. Влияние зерна аустенита на свойства стали.
7. Изотермический распад переохлажденного
аустенита .
8. Построение термокинетической диаграммы
распада g-переохлажденного .
9. Отжиг II рода
9.1. Полный отжиг.
9.2. Неполный отжиг.
9.3. Изотермический отжиг.
9.4. Сфероидизирующий отжиг.
10.
Нормализация.
11.
Одинарная термообработка.
12.
Патентирование стали .
1. Введение
Отжиг I рода - это термообработка , которая
устраняет частично (или полностью) всякого рода неоднородности и
неравновесности , которые были внесены в металл при предшествующих операциях (
мех. обработка , обработка давлением , литье , сварка ).
В зависимости от исходного состояния стали
отжиг может включать процессы гомогенизации , рекристаллизации и снятия остаточных напряжений. Эти процессы
происходят независимо от того , протекают ли в сплавах при такой обработке
фазовые превращения или нет . Поэтому отжиг I рода можно проводить при температурах
выше или ниже температур фазовых превращений .
2.Гомогенизационный отжиг.
Основной целью гомогенизационного отжига являются -
устранение последствий дендритной или внутрикристаллитной ликвации , которая
может привести к :
1.Снижению
пластичности , за счет выделения
неравновесных хрупких фаз.
2.Уменьшению
коррозионной стойкости и развитии электрохимической коррозии
внутри сплава.
3.Анизотропии
мех. свойств.
4.Снижению
температуры солидуса.
5.Уменьшению
температуры плавления , из-за которого происходит оплавление дендритов при дальнейшей обработке.
6.Отсутствию стабильности свойств.
Физико- химической основой гомогенизационного отжига
является диффузия в твердом состоянии , по этому отжиг желательно проводить при
более высоких температурах , чтобы диффузионные процессы , необходимые для
выравнивания состава стали , проходили более полно.
Температура нагрева под отжиг колеблется в пределах
(0.85-0.90)Tпл .
Выдержка будет определяться природой ликвирующих
элементов . Так как гомогенизация интенсивно протекает в начальный период
отжига ( по мере выравнивания состава сплава градиент концентрации dC/dX
уменьшается ) , то большие времена выдержки не применяются. Однако для
некоторых металлов это время составляет десятки или сотни часов. Для уменьшения
времени отжига нужно
1.
Увеличить температуру
2. Изменить
dC/dX , а для этого нужно изменить
условия кристаллизации.
3.
Загрузить в печь уже нагретые слитки.
Гомогенизирующий отжиг может вызвать ряд негативных
побочных явлений:
1. Рост
зерна аустенита,следовательно ухудшение мех. свойств .
2.
Вторичная пористость и неоднородность .
3.
Коагуляция избыточных фаз.
Поэтому гомогенизирующий отжиг является
предварительной обработкой , после которой поводят полный отжиг,или обработку
давлением , или отпуск при 670-680 градусах ,или нормализацию.
Для устранения неоднородностей , вызванных холодной
пластической деформацией применяют дорекристаллизационный и рекристаллизационный отжиг
При холодной деформации происходит:
1.Изменение формы и размеров кристаллов
2.Накопление в металле большого количества
избыточной энергии ,что в конечном итоге приводит к росту напряжений 1 и 2
родов.
Из-за этого : уменьшаются пластические
характеристики, появляется анизотропия механических свойств, увеличивается
электросопротивление и уменьшается коррозионная стойкость.
Все это можно попытаться устранить отжигом.
Дорекристаллизационный отжиг бывает смягчающим и упрочняющим.
Смягчающий отжиг используют для
повышения пластичности при частичном сохранении деформационного упрочнения.
Чаще всего его применяют в качестве окончательной операции , придающей изделию
требуемое сочетание прочности и пластичности. Кроме того , можно уменьшить
остаточные напряжения ,стабилизировать свойства и повысить стойкость к коррозии. Для выбора режима
дорекристаллизационного смягчающего отжига необходимо знать температуру начала
рекристаллизации, при данной степени деформации.
Дорекристаллизационный упрочняющий отжиг применяют для повышения упругих свойств пружин и
мембран.Оптимальную температуру подбирают опытным путем.
Рекристаллизационный отжиг используют в
промышленности как предварительную операцию перед холодной обработкой
давлением,для придания материалу наибольшей пластичности;как промежуточный
процесс между операциями холодногодеформирования,для снятия наклепа ; и как
окончательную термообработку,для придания материалу необходимых свойств.
При выборе режима отжига нужно избегать получения
очень крупного зерна и разнозернистости.Скорость нагрева чаще всего не имеет значения.
4.Отжиг,уменьшающий напряжения.
При обработке давлением,литье,сварке,термообработке
в изделиях могут возникать внутренние напряжения.В большинстве случаев,они
полностью или частично сохраняются в металле после окончания технологического
процесса.Поэтому основная цель отжига - полная или частичная релаксация
остаточных напряжений.
Причинами возникновения остаточных напряжений
являются неодинаковая пластическая деформация или разное изменение удельного
объема в различных точках тела,из-за наличия градиента температур по сечению
тела.
Напряжения при отжиге уменьшаются двумя путями :
вследствии пластической деформации в условиях когда эти напряжения превысят
предел текучести и в результате ползучести при напряжениях меньше предела
текучести.
Продолжительность отжига устанавливают опытным
путем.Определенной температуре отжига в каждом конкретном изделии соответствует
свой конечный уровень остаточных напряжений, по достижении которого увеличивать
продолжительность отжига практически бесполезно.
Температуру подбирают обычно несколько ниже
критической точки Ас1 .
Скорости нагрева и особенно охлаждения при отжиге
должны быть небольшими,чтобы не возникли новые внутренние термические
напряжения.
Использование отжига лимитируется теми
нежелательными структурными и фазовыми изменениями , которые могут произойти
при нагреве. Поэтому приходится либо мириться с недостаточно полным снятием
остаточных напряжений при низких
температурах ,либо идти на компромис ,достигая более полного снятия напряжений
при некотором ухудшении механических и других свойств.
5.Факторы,влияющие на перлитно-аустенитное
превращение.
Образование аустенита при нагреве является
диффузионным процессом и подчиняется основным положениям теории кристаллизации.
Процесс сводится к полиморфному a®g превращению и
растворению в образовавшемся аустените цементита.Из этого вытекают факторы
,влияющие на перлитно-аустенитное превращение.
1. При повышении
температуры превращение перлита в аустенит резко ускоряется. Это
объясняется , с одной стороны ,ускорением диффузионных процессов, а с другой -
увеличением градиента концентрации в аустените.
2. Скорость превращения будет
зависеть и от исходного состояния ферритно-цементитной структуры. Чем тоньше
структура ,тем больше возникает зародышей аустенита и быстрее протекает процесс
аустенизации.Предварительная сфероидизация цементита замедляет прцесс образования аустенита.
3. Чем больше в стали углерода
, тем быстрее протекает аустенизация,что объясняется увеличением количества
цементита, и ростом суммарной поверхности раздела феррита и цементита.
4. Введение в сталь хрома ,мрлибдена,вольфрама ,ванадия и других
карбидообразующих элементов задерживает аустенизацию из-за образования
легированного цементита или трудно растворимых в аустените карбидов легирующих
элементов.
5. Чем больше скорость нагрева
,тем выше температура ,при которой происходит превращение перлита в аустенит ,
а продолжительность превращения меньше.
6.Влияние величины зерна аустенита на свойства
стали.
Чем мельче зерно ,тем выше прочность ( sв ,s0.2) ,пластичность(d , y ) и вязкость и ниже
порог хладноломкости( t ).
Уменьшая размер зерна аустенита, можно компенсировать отрицательное влияние
других механизмов на порог хладноломкости. Чем мельче зерно , тем выше предел
выносливости.Поэтому все методы , вызывающие измельчение зерна аустенита
повышают конструктивную прочность стали. Крупное зерно нужно только в
трансформаторных сталях , чтобы улучшить их магнитные свойства. При укрупнении
зерна до 10-15 мкм трещиностойкость уменьшается , а при дальнейшем росте зерна
- возрастает. Это может быть связано с очищением границ зерна аустенита от
вредных примесей благодаря большему их расворению в объеме зерна при
высокотемпературном нагреве.
7.Изотермический
распад переохлажденного
аустенита .
Если сталь со структурой аустенита , полученной в результате нагрева до температуры
выше Ас3 -для
доэвтектоидной стали или выше Асm - для
заэвтектоидной , переохладить до температуры ниже Аr1 , то аустенит
оказывается в метастабильном состоянии и претерпевает превращение .
Рассмотрим кинетику этого процесса ( см. рис. 1)
Вначале объем новой составляющей , испытавший
превращение , растет с ускорением, а к концу превращения прибыль этого объема
резко замедляется .Это объясняется тем , что в начальный период образуется лишь
небольшое количество центров превращения с малой поверхностью новой структурной
составляющей ; по мере изотермической выдержки число центров возрастает ,
увеличиваются размеры новой составляющей , но вскоре наступает замедление
прцесса из-за того , что растущие кристаллы соприкасаются между собой и в
местах стыка рост их прекращается , т.е. поверхность фронта превращения уменьшается
.
Период о-а называется инкубационным периодом. В
инкубационный период количество образовавшихся новых кристаллов настолько мало
, что превращение не фиксируется обычными методами исследования . Конец
инкубационного периода - точка а на рис. 1 - фиксируемое данным методом начало
превращения .
По истечении
этого периода аустенит начинает распадаться с образованием более стабильных
структур .Скорость распада сначала быстро увеличивается , а потом постепенно убывает . Через какое-то
время процесс полностью заканчивается ( точка в ) на рис. 1 .
Строя такие кривые при различных температурах можно
получить диаграмму изотермического превращения переохлажденного аустенита , см.
рис. 2 .
Для этого нужно отрезки времени , соответствующие
началу ( точки а ) и концу ( точки в ) распада аустенита или
какой - то степени превращения для каждой из исследуемых температур перенести
на график температура - время , и одноименные точки соединить плавными
кривыми . На диаграмме кривая 1 соответствует началу превращения , а кривая 2
характеризует конец превращения .
8.Построение термокинетической диаграммы .
Термокинетические диаграммы используются для разработки технологии термической
обработки . По этим диаграммам можно получить данные о температурных интервалах
протекания фазовых превращений при непрерывном охлаждении и об образующихся при
этом структурных составляющих .
Существует два способа построения таких диаграмм.
1 способ.
При непрерывном охлаждении образцов фиксируем их температуру осциллографом .Можно измерять какую-либо
характеристику образца в процессе его охлаждения ( например , его длину при
дилатометрическом методе ) и по отклонению этой характеристики от плавного
изменения определить начало превращения .
2 способ .
Охлаждаем серии образцов по одинаковому режиму , которые в разные
моменты времени закаливаем в воде , а затем исследуем их структуру или свойства
,определяя по ним начало и конец превращения или степень оного ,при одном
режиме непрерывного охлаждения .
Если исследуем фазовые превращения при распаде
переохлажденного аустенита , то термокинетическую диаграмму строим в координатах температура - время на основе анализа серии кривых охлаждения ,
на которых отмечаем температуры начала и конца перлитного и промежуточного
превращений и соответственно области этих превращений .
Из этих диаграмм можно увидеть , что при малых
скоростях охлаждения в углеродистых сталях
протекает только перлитный распад аустенита с образованием
феррито-цементитной структуры с различной степенью дисперсности - перлит ,
сорбит , троостит .При высоких скоростях охлаждения - выше Vк - перлитный распад аустенита подавляется и аустенит
претерпевает только мартенситное превращение .В легированных сталях существует
и область промежуточного превращения , в которой аустенит претерпевает распад с
образованием бейнита .
9.Отжиг II
рода.
Отжиг второго рода - это термообработка , которая заключается в нагреве стали до
температур выше точек Ас3 или Ас1 ,выдержке и последующем
охлаждении. В результате мы получаем
почти равновесное структурное состояние стали; в доэвтектоидных сталях - феррит
+ перлит , в эвтектоидных - перлит и в заэвтектоидных - перлит + вторичный
цементит .
После отжига получаем : мелкое зерно, частично или
полностью устраненные строчечность , видманштеттову структуру и другие
неблагоприятные структуры .
Сталь получается снизкой прочностью и твердостью при
достаточном уровне пластичности.
В промышленности отжиг II рода часто используется в
качестве подготовительной и окончательной обработки.
Разновидности отжига II рода различаются способами
охлаждения и степенью переохлаждения аустенита , а так же положением температур
нагрева относительно критических точек .
9.1 Полный отжиг.
Основные
цели полного отжига - устранение пороков структуры , возникших при предыдущей обработке
( лить , горячей деформации или сварке ) , смягчение стали перед обработкой
резанием и уменьшение напряжений , для придания стали определенных
характеристик. Вцелом отжиг II рода проводят для приближения системя к
равновесию.
Полный
отжиг заключается в нагреве доэвтектоидной стали до температур на 30-50 С выше
температуры Ас3 (чрезмерное повышение температуры выше этой точки приведет к росту
зерна аустенита , что вызовет ухудшение свойств стали), выдержке для полного прогрева
и завершения фазовых превращений в
объеме металла и последующем медленном охлаждении . Для заэвтектоидных сталей
такой отжиг с нагревом выше Аcm не пойдет потому что при медленном охлаждении
после такого нагрева образуется грубая сетка вторичного цементита , ухудшающая
механические свойства . Для доэвтектоидных сталей время нагрева и продолжительность
обработки зависят типа печи ,способа укладки , типа отжигаемого материала
(лист,прокат , ...).Наиболее распространенная скорость нагрева составляет ~ 100
C / ч ,а продолжительность выдержки - от 0.5 до 1 часа на тонну изделия. Медленное
охлаждение обусловленно необходимостью избежать образования слишком дисперсной
ферритно-цементитной структуры и следовательно более высокой твердости.
Скоростьохлаждения зависит от устойчивости переохлажденного аустенита ,а
следовательно , от состава стали . Ее регулируют проводя охлаждение печи с
закрытой или открытой дверцей , с полностью или частично выключенным обогревом.
При полном отжиге происходит полная фазовая перекристаллизация
стали.При нагреве выше точки Ас3 образуется
аустенит , характеризующийся мелким зерном ,который при охлаждении дает
мелкозернистую структуру , обеспечивающую высокую вязкость , пластичность и
получение высоких свойств после окончательной обработки.
Структура доэвтектоидной стали после полного отжига
состоит из избыточного феррита и перлита.
Существует отжиг противоположный по целям обычному
отжигу .Это отжиг на
крупное зерно с нагревом до 950-1100 С , который применяют для улучшения обработки
резанием мягких низкоуглеродистых
сталей .
9.2 Неплный отжиг .
Неполный отжиг доэвтектоидной стали проводят при
нагреве до температур выше Ас1 , но ниже Ас3 . При таких температурах происходит частичная перекристаллизация
стали , а именно лишь переход перлита в
аустенит . избыточный феррит частично превращается в аустенит и значительная
часть его не подвергается перерекристаллизации . Поэтому неполный отжиг не
устраняет пороки стали связанные с нежелательными размерами и формой
избыточного феррита . Для доэвтектоидной стали
неполный отжиг применяется лишь тогда , когда отсутствует перегрев ,
ферритная полосчатость, и требуется
только снижение твердости и смягчения перед обработкой резанием .
9.3
Сфероидизирующий отжиг .
Сфероидизирующий отжиг с нагревом несколько выше
температуры Ас1 и несколько ниже точки Аr1 (740 -780 C ) и последующем медленном
охлаждением применяют к заэвтектоидным сталям , что позволяет получить
зернистую форму перлита вместо пластинчатой .
Для режима сфероидизирующего отжига заэвтектоидных
сталей характерен узкий температурный интервал отжигаемости . Верхняя граница
не должна быть выше слишком высокой , т.к. иначе при растворении центров
карбидного выделения при охлаждении образуется пластинчатый перлит . а для
сталей близких к эвтектоидному составу этот интервал особенно узок т.к. точки
Асm и А1 сходятся при эвтектоидной концентрации .
Выдержка при постоянной температуре необходима для
окончательного распада переохлажденного аустенита и коагуляции карбидов и составляет
4-6 часов в зависимости от массы отжигаемого металла .
Скорость охлаждения очень сильно влияет на конечную
структуру . чем меньше скорость , тем до больших размеров вырастают глобули
карбида при распаде аустенита. Регулируя скорость охлаждения , можно получать
структуры глобулярного перлита от точечного до крупнозернистого . Более мелкозернистый перлит обладает повышенной
твердостью .
На твердость будет оказывать влияние и повышение
температуры отжига до 800-820 С .Твердость будет снижаться из-за развития
сфероидизации , а при дальнейшем повышении температуры отжига твердость растет
из-за появления все в большем количестве пластинчатого перлита .
Вчем состоит механизм сфероидизации ?
В результате деления цементитных пластин получаются мелкие частички цементита . Если
избыточный цементит находится в виде сетки, что является дефектом , то перед
отжигом предварительно проводят нормализацию для растворения сетки цементита в
с последующем охлаждении на воздухе . При делении цементитные пластины растворяются
в наиболее тонких участках , а также в местах выхода на межфазную
поверхность Ц/А субграниц в цементите или аустените .Деление можно ускорить
применив холодную пластическую или теплую деформацию при температурах ниже А1
. После деления пластин мелкие их частицы сфероидизируются ,
путем переноса углерода через окружающий твердый раствор .
Сфероидизирующему отжигу подвергают углеродистые ,
легированные инструментальные и шарикоподшипниковые стали . Кроме того ,
структкра зернистого перлита является
наилучшей перед закалкой - меньше склонность к росту аустенитного зерна , шире
допустимый интервал закалочных температур ,
Если при при
однократном отжиге не происходит полной сфероидизации цементита , то можно
применить циклический
отжиг . Например , углеродистую
сталь несколько раз попеременно нагревают до 740 С и охлаждают до 680 С .
Пластина цементита при каждом нагреве частично растворяется
в аустените . При каждом охлаждении из аустенита выделяется цементит на
нерастворившихся остатках цементитных пластин . Попеременно растворяясь и подрастая
, цементитная пластина постепенно округляется . Сложности возникают с
контролированием колебаний температуры в больших массах материала в заданном интервале .
9.4
Изотермический отжиг .
Изотермический отжиг - термообработка , при которой
после нагрева до температуры выше А3 на 50 - 70 С сталь ускоренно охлаждают до температуры
изотермической выдержки , которая находится ниже точки А1 на 100-150
С . Затем проводим ускоренное охлаждение на воздухе .
Чем
ближе температура изотермической выдержки к точке А1 , тем больше межпластинчатое
расстояние в перлите и мягче сталь , но больше и время превращения . А т.к.
основная цель изотермического отжига - смягчение стали , то выбирают такую
температуру , при которой получается требуемое смягчение за небольшой
промежуток времени .
Преимуществ изотермического отжига - сокращение
времени обработки по сравнению с обычным отжигом , что особенно чувствуется при
работе с легированными сталями . Для наибольшего ускорения отжига температуру
изотермической выдержки выбирают близкой к температуре минимальной устойчивости
переохлажденного аустенита в перлитной области .
Другое преимущество - получение более однородной
структуры , т.к. при изотермической выдержке температура по сечению изделия
выравнивается и превращение во всем объеме стали происходит при одинаковой
степени переохлаждения . После отжига при температуре до 930-950 С укркпняеися зерно аустенита , улучшается
обрабатываемость резанием и повышается чистота поверхности
Изотермическому отжигу подвергаются штамповки ,
заготовки инструментов и других изделий
небольших размеров .
10. Нормализация .
Нормализация заключается в нагреве до температур на
30-50 К выше линии GSE ,непродолжительной выдержке для прогрева и завершения
фазовых превращений и охлаждении на воздухе. Скорость охлаждения зависит от
массы изделия и отношения его поверхности к объему.
Нормализацию чаще всего применяют как промежуточную
операцию для устранения пороков строения и общего улучшения структуры перед
закалкой , а также для смягчения стали перед обработкой резанием.Тоесть цели ее
близки к целям отжига.
Нормализация вызывает полную фазовую
перекристаллизацию стали и устраняет крупнозернистую структуру , полученную при
литье или прокатке, ковке или штамповке.Кроме того , частично подавляется
выделение избыточной фазы ( феррита или вторичного цементита) и ,
следовательно, образуется квазиэвтектоид. Таким образом , прочность стали после
нормализации должна быть больше , чем прочность после отжига,т.к. по сравнению
с печью ускоренное охлаждение на воздухе приводит к распаду аустенита при более
низких температурах , что повышает дисперсность ферритно-цементитной структуры
и увеличивает количество перлита или точнее квазиэвтектоида типа сорбита или
троостита.
Но не всегда нормализация предподчтительнее отжига
. Все зависит от состава стали т.к.
склонность аустенита к переохлаждению растет с
увеличением содержания в нем углерода и легирующих элементов.
Нормализацию широко применяют вместо смягчающего
отжига к низкоуглеродистым сталям , в
которых аустенит слабо переохлаждается.Но она не может заменить смягчающий
отжиг высокоуглеродистых сталей , которые сильно упрчняются при охлаждении на
воздухе из-за значительного переохлаждения аустенита.
В заэвтектоидной стали нормализация устраняет грубую
сетку вторичного цементита.При нагреве выше точки А вторичный цементит
растворяется , а при последующем охлаждении на воздухе он не успевает
образовать грубую сетку , понижающую свойства стали.
Очень часто нормализация служит для общего
измельчения структуры перед закалкой. Выделения избыточного феррита и эвтектоид
становятся более дисперсными и тем самым облегчается образование гомогенного
аустенита при нагреве под закалку .
Как окончательную термообработку нормализацию
применяют к низкоуглеродистым
низколегированным , средне- и высокоуглеродистым доэвтектоидным сталям .
11.
Одинарная темообработка .
Одинарная термообработка заключается в нагреве стали
выше А3 , среднезамедленном охлаждении струей сжатого воздуха и
душировании водой . Небольшая выдержка обусловленна необходимостью попасть в
область сорбита .
После такой обработки получается пластинчатые
структуры - сорбит или троостит .
12.
Патентирование.
Патентирование - термообработка , применяемая для
получения высокопрочной канатной, пружинной и рояльной проволок. Проволоку из
углеродистых сталей , содержащих
045-085 % С ,нагревают в проходной печи до температур на 150-200
градусов выше Ас3 , пропускают через свинцовую или соляную ванну при
Т=450-550 С и наматывают на приводной барабан.
Высокая температура нагрева необходима для
гомогенизации аустенита. Скорость движения проволоки должна быть такой , чтобы
время пребывания в ванне было несколько больше времени окончания перлитного
превращения. Иначе , при выходе проволоки из ванны аустенит , не успевший
претерпеть перлитный распад , превращается в нижний бейнит или мартенсит и
пластические свойства проволоки резко снижаются.
При выходе из ванны проволока имеет
ферритно-цементитную структуру с очень малым межпластинчатым расстоянием и
отсутствием зерен избыточного феррита. Благодаря этому проволока способна выдерживать большие обжатия при
холодной протяжке без обрывов.
Получаемая структура называется квазиэвтектоидной .
Список литературы.
1.
Новиков И.И. Теория термичесеой обработки металлов .М.: Металлургия,1986.
2.
Лахтин Ю.М. Металловедение и
термическая обработка металлов.
М.: Металлургия , 1993
3.
Лившиц Металлография. М.: Металлургия ,1994.
Строение металлического слитка и полиморфные превращения реферат. Описать процесс распада аустенита при непрерывном охлаждении. Вид термообработки подлежит проволока до и после протяжки. Реферат термообработка закалка отпуск отжиг нормализация. Структуры стали при распаде переохлажденного аустенита. Реферат Виды сталей Понятие термообработки. Реферат на тему технология термообработки. Влияние зерна аустенита свойства стали. Рефераты о трещиностойкости в металле. Мех свойства бейнита перлита феррита. Мартенситное превращение реферат. Термообработка металлов реферат. Термообработка металла реферат. Дорекристаллизационный отжиг. Гомогенизирующий отжиг это.
|
|
|
