Термическая обработка железоуглеродистых сплавов

Железоуглеродистые сплавы

Железоуглеродистые сплавы являются основным конструкционным материалом. По физико-механическим свойствам железоуглеродистые сплавы делятся на:

1. Стали. Сталь является сплавом железа и углерода, содержание которого не превышает 2,14 %. Углеродистая сталь представляет собой ковкий, деформируемый и прочный конструкционный материал, предел прочности которого достигает 1150 мегапаскалей, твердость 285, относительное удлинение составляет 32 %. Стали хорошо поддаются обработке давлением, также резанию и свариваемости.
2. Чугун. Чугун является сплавом железа и углерода, содержание которого составляет от 2,14 до 6,67 %. В зависимости от структуры чугун может обладать различными свойствами. Например, при зернистой структуре чугун обладает высокой обрабатываемостью, твердостью и прочностью.

Термическая обработка железоуглеродистых сплавов

Самыми распространенными способами термической обработки железоуглеродистых сплавов являются:

• закалка,
• отпуск,
• отжиг,
• нормализация.

Существуют следующие виды отжига: полный, неполный, диффузионный, рекристаллизационный, изотермический. Полный отжиг заключается в нагреве сплава на 30 - 50 градусов выше, чем критическая точка превращения структуры стали в аустенит и последующем охлаждении до температуры 500-600 градусов по Цельсию для образования перлита и феррита. Скорость охлаждения составляет 50 - 100 градусов в час. Неполный отжиг заключается в нагреве сплава до температуры между верхней и нижней критическими точками и последующем охлаждении. Для легированных сталей применяется изотермический отжиг, который состоит в нагреве выше, чем верхняя критическая точка избыточного аустенита, выдержке, охлаждении ниже критической точки, выдержке, которой достаточно для полного превращения в перлит аустенита.

Диффузионный отжиг заключается в нагреве до такой температуры, которая существенно выше превосходящих критических точек, и длительной выдержке. Данный способ термической обработки используется для литого материала и обеспечения получения равновесной структуры. Благодаря диффузионному отжигу достигается однородность свойств готового изделия по его объему, особенно улучшаются механические свойства в поперечном направлении. Диффузионный отжиг состоит из следующих процессов:

1. Выравнивание до равновесного химического состава.
2. Растворение избыточных фаз.
3. Выделение фазы из пересыщенного твердого раствора.
4. Рост зерен.
5. Образование и рост пор.

В начале диффузионного отжига растворяются самые легкоплавкие эвтектики - тройные и четверные. 3атем осуществляется нагрев до двойной эвтектики, завершается процесс нагревом до температуры метастабильного солидуса. Основная задача - сокращение времени обработки. Чтобы этого достичь необходимо на максимально высокую температуру. При высокотемпературном отжиге нагрев происходит температуры, значение которое находится между температурами стабильного и метастабильного солидуса, стоит учитывать, что в данном случае происходит частичное расплавление сплава. В том случае, если объем легкоплавких фаз не превышает 1 %, то образовавшаяся жидкость не оказывает никакого влияния на свойства сплава и спустя некоторое время рассасывается.

При рекристаллизационном отжиге происходит нагрев сплава до температуры на 200 градусов выше, чем температура рекристаллизации, после итого сплав выдерживается и охлаждается. Благодаря такой термической обработке снимается наклеп, а свойства сплава соответствуют равновесному состоянию.

Нормализация представляет собой разновидность отжига с фазовой перекристаллизацией, которая отличается скоростью охлаждения. Сначала происходит нагрев до температуры на 30-50 градусов выше, чем критическая. 3атем сплав охлаждается на открытом воздухе. Ускоренный процесс охлаждения является причиной переохлаждения аустенита и измельчения ферроцементитной смеси, в результате чего получается сорбит закалки. Твердость нормализованного сплава существенно выше, чем того, который подвергался отжигу, однако вязкость и пластичность ниже.

3адача закалки - получение максимально твердой структуры - мартенсит. По последующем отпуске, твердость мартенсита может быть понижена, а пластичность увеличена. При равной твердости структуры, которые были получены в результате отпуска мартенсита, обладают более лучшими механическими свойствами, чем структуры, являющиеся результатом распада аустенита. Таким образом закалка представляет собой такой режим термической обработки, при котором после фазовой перекристаллизации и последующего быстрого охлаждения образуется пересыщенный твердый раствор.